1. Trang chủ >
  2. Giáo Dục - Đào Tạo >
  3. Cao đẳng - Đại học >

Bảng 1.2: Thành phần NRR ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.09 MB, 205 trang )


9



Thành phần NRR ở các nước Châu Á thể hiện ở bảng 1.3.

Bảng 1.3. Thành phần NRR ở các nước Châu Á

T

T



Nước



1



Hàn Quốc



2



Hồng Kơng

(TQ)



3



Nepal



-N mg/l



TN

mg/l



TP

mg/l



SO42mg/l



Clmg/l



Nguồn

trích

dẫn



2400



1682



1766



31,2



162



3160



[15]



404



-



1522



141



-



-



-



[16]



0,19



784



-



-



-



-



-



-



[17]



-



-



-



-



-



-



-



-



COD



BOD5



BOD5/



mg/l



mg/l



7,3



24400







8,57



Trung

bình



Tuổi

BCL



pH



Mới



NH4+



COD



SS

mg/l



TSS

mg/l



10800



0,44



-



1.409



62



0,04



8,22



7439



1436



Trung

bình



6,4 –

7,8



2500 –

4000



-







7,9 –

8,8



100 320



80 350



-



-



-



-



-



-



-



-



8,1



6500



500



0,08



-



-



5500



-



-



-



-



[19]



1533 –

2580



48 105



0,03 –

0,04



159 233



-



-



-



-



-



-



[20]



4820



1300



-



-



718



-



-



-



-



360



[21]



4



Đài Loan



Trung

bình



5



Malaysia







6



Ân độ



5,8



[18]



10



Bảng 1.4. Thành phần NRR Việt Nam

Thơng số



Đơn vị



pH

DO

mg/l

COD

mg/l

BOD5

mg/l

BOD5/COD

Tổng N

mg/l

N-NH4+

mg/l

N-NO3

mg/l

Tổng P

mg/l

TDS

mg/l

TSS

mg/l

SS

mg/l

Độ đục

mg/l

Độ màu

PCU/

Độ dẫn

µS/cm

Độ cứng CaCO3

mg/l

Clmg/l

Fe

mg/l

As

mg/l

Pb

mg/l

Cd

mg/l

Hg

mg/l

Tuổi BCL

năm

Nguồn trích dẫn



BCL Phước Thới

(Cần Thơ)



7,3 - 7,36

5315 – 5889

1008 - 1208

0,19 – 0,20

520 - 556

144 - 270

8333 – 10695

415 - 538

169 - 235

6922 - 7193

17444 – 21794

10,75 – 11,62

[22]



BCL Gò Cát (Hồ

Chí Minh)



7,4 – 7,6

13655 – 16814

6272 – 9200

0,46 – 0,55

1680 – 2427

1821 – 2887

0 – 6,2

10,3 – 19,8

700 – 2020

7

[23]



BCL Thủy

Phương (Huế)



7,7 – 8,5

623 – 2442

148 - 398

0,16 – 0,23

184 - 543

42 - 84

1419 – 4874

518 – 1199

9

[24]



BCL Tràng Cát

1 (Hải Phòng)



7,63 – 8,01

327 - 701

120 - 340

178,5 – 433,6

3,92 – 8,56

4,47 – 8,87

21 - 57

7,21 – 14,31

0,061 – 0,086

< 0,05

< 0,01

0,0001

6

[4]



BCL Xuân Sơn

(Hà Nội)



7,7

1,9

3.540

2150

0,607

62

17,2

12,5

4,31

986

0,2

0,34

0,14

10

[25]



BCL Nam Sơn

(Hà Nội)



6,81 – 7,98

1020 – 22783

495 – 12302

0,45 - 0,54

423 – 2253

6,51 – 24,80

6913 – 19875

120 – 2.240

9875 – 26967

0,001 – 0,003

0,050 - 0,086

0,010 – 0,025

0,0001 – 0,0009

7

[4]



11



Vấn đề khó của hầu hết các bãi chơn lấp ở nước ta đó là xử lý NRR. Hiện tại

chưa có phương hướng giải quyết phù hợp cho vấn đề này.

Tổng hợp từ các nguồn [4, 22-25] trong bảng cho thấy pH khoảng 6,5 – 8,5.

Hàm lượng COD cao từ 327 – 22783 mg/l, tổng N từ 62 – 2427 mg/l, BOD5 từ 120

– 12302 mg/l.

Thành phần, đặc trưng của NRR ở nước ta cơ bản là giống với thế giới ở các

chỉ số: COD, BOD, TN, TDS, TSS, độ màu cao và thay đổi theo thời gian chôn lấp

rác.

So sánh với các loại NRR trên thế giới thì hàm lượng COD, BOD/COD, TSS

và độ màu của NRR Việt Nam thường cao hơn. Nguyên nhân là chúng ta chưa áp

dụng được phân loại rác tại nguồn, cách thức chôn lấp và vận hành bãi chưa được

hợp vệ sinh, cộng với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều. Dẫn đến

thành phần NRR của Việt Nam thay đổi theo thời gian, đa dạng, phức tạp hơn các

nước khác. Cho nên, việc lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý loại nước thải này là

công việc cần thiết của các nhà khoa học, các bãi chôn lấp và của ngành môi trường

quốc gia và cũng là nhiệm vụ của luận án này.

1.1.2. Tác động của nước rỉ rác đến môi trường và con người

NRR có nồng độ các chất ơ nhiễm cao như: COD = 2000 – 70000 mg/l, BOD

= 1200 – 27000 mg/l và nhiều chất độc hại khác khi thấm vào đất gây ơ nhiễm

nguồn nước ngầm, thốt vào hệ thống nước mặt gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Mùi

bốc lên từ NRR gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí. Như vậy khi NRR phát tán vào

môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nặng nề và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng

đồng [4]. L. Koshi (2007) đã có nghiên cứu về độc hại của NRR tới môi trường và

thấy rằng lộ trình phơi nhiễm và độc tính trong NRR thường rất khó xác định [26].

Cụ thể hơn, nó là các hợp chất hữu cơ và các khống chất hòa tan được hình thành

khi nước xâm nhập vào các lớp rác, hình thành lên một loạt các chất gây ơ nhiễm do

ảnh hưởng của các chế độ thủy văn, điều kiện sinh hóa… [27].

Trong NRR có hàm lượng các chất hữu cơ cao, một số tác động nguy hiểm

liên quan đến ô nhiễm hữu cơ như: độc tính cao, tác dụng gây ung thư và gây đột

biến gen [28]. Nhóm các chất nitrat, photphat gây hiện tượng phú dưỡng khi thải ra

môi trường. Xianua trong NRR là một chất gây ô nhiễm và độc hại cho hệ sinh thái nước.



12



Kim loại nặng có nhiều trong NRR là chất ơ nhiễm độc hại, gây đột biến và

gây ung thư cao [29]. Sự nhiễm độc kim loại nặng dẫn đến một số bệnh tâm thần và

ảnh hưởng tiêu cực tới cơ thể sinh vật [30].

1.2. Tổng quan q trình keo tụ điện hóa

1.2.1. Cơ chế của q trình keo tụ điện hóa

“EC là phương pháp điện hóa học để xử lý nước bị ô nhiễm, sử dụng dòng

điện một chiều để ăn mòn điện cực dương (thường là nhôm hoặc sắt) để giải phóng

ra các chất có khả năng keo tụ (thường là ion nhôm hoặc ion sắt) vào dung dịch” [31].

Khi điện phân điện cực nhôm hoặc sắt xảy ra các quá trình sau:

Al → Al3+ + 3e-



(1.1)



Fe → Fe2+ + 2e-



(1.2)



Các cation nhôm và sắt tạo ra kết hợp với các ion OH- có mặt trong nước tạo

thành các hydroxit nhơm hay sắt [32] theo các phương trình phản ứng sau:

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3



(1.3)



Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2



(1.4)



Ở cực catot trong bể điện phân xảy ra q trình oxy hóa nước tạo thành các

bọt khí hydro [32]:

H2O + 2e- → H2 + 2OH-



(1.5)



Các hydroxit kim loại này sẽ tham gia vào các phản ứng polyme hóa:

Al(OH)3 → (OH)2Al-O-Al(OH)2 + H2O



(1.6)



Fe(OH)2 → (OH)Fe-O-Fe(OH) + H2O



(1.7)



Các polyme này có thể loại bỏ các chất ơ nhiễm bởi q trình hấp phụ, tạo

phức hay kết tủa [33].

Hiệu quả của quá trình EC phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của điện cực,

thời gian điện phân, mật độ dòng, pH, độ dẫn điện của dung dịch:



13



Hình 1.2. Các phản ứng cơ bản trong hệ EC [34]

Các dạng điện cực được sử dụng phổ biến là sắt và nhơm, trong đó theo các

kết quả nghiên cứu của Bouhezila và cộng sự [35], Ilhan và cộng sự [36] điện cực

Al xử lý độ đục, chất màu và NH4+ hiệu quả hơn điện cực Fe. Kết quả nghiên cứu

của Li và cộng sự [37] cho thấy điện cực Fe lại xử lý COD hiệu quả hơn điện cực Al.

Theo định luật Faraday, thời gian điện phân càng lớn, lượng ion kim loại sinh

ra ở điện cực càng nhiều, do đó khả năng loại bỏ chất ơ nhiễm của quá trình EC

càng cao, tuy nhiên thời gian điện phân càng lâu càng tiêu tốn năng lượng [37].

Cũng theo định luật Faraday, lượng ion kim loại tạo ra ở anot tỷ lệ thuận với

mật độ dòng đặt giữa 2 điện cực, do đó khi tăng mật độ dòng, q trình EC sẽ càng

hiệu quả.

Tùy thuộc vào độ pH của dung dịch mà các ion Al3+, Fe2+ cũng có thể hình

thành các dạng tồn tại khác nhau. Sự thủy phân của ion Al3+ hình thành các ion

Al(H2O)63+, Al(H2O)52+ và Al(H2O)42+, sau đó từ các ion này hình thành các

monome và polyme như: Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al2(OH)24+, Al(OH)4-, Al6(OH)153+,



14



Al7(OH)174+,… [35]. Tương tự, sự thủy phân của ion Fe2+ hình thành monome

Fe(OH)3 và các polyme như Fe(H2O)63+, Fe(H2O)5(OH)2+, Fe(H2O)4(OH)2+,

Fe2(H2O)8(OH)24+ và Fe2(H2O)6(OH)44+,… [38].



Hình 1.3. Nồng độ của các sản phẩm thủy phân của Fe (II), Fe (III) và Al (III)

trong trạng thái cân bằng với các hydroxit vơ định hình

ở thời điểm khơng ion, 25°C [39]



15



Theo nghiên cứu của Ilhan và cộng sự [36], Khandegar và Saroha [40], sự

tăng độ dẫn điện của dung dịch điện phân sẽ tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ và giảm

thời gian xử lý bằng EC.

Như vậy trong “quá trình EC bao gồm rất nhiều các phương thức hóa lý, các

phản ứng hóa học khác nhau. Sự kết hợp các phương thức khác nhau này làm cho

quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước rất hiệu quả” [33].

Ngoài ra EC cũng loại bỏ hiệu quả các chất có phân tử lượng lớn, là các chất thường

có mặt trong NRR, rất khó bị phân hủy bằng các quá trình sinh học.

1.2.2. Ưu và nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nước thải

Ưu điểm

EC là một kỹ thuật hiệu quả tạo ra hydroxit trên bề mặt cực dương của hệ

điện phân dùng làm chất keo tụ thay cho bổ sung chất keo tụ vào hệ. Không bổ sung

hoặc bổ sung ít hóa chất tránh tạo ra các chất độc hại từ ngồi vào nước thải. Q

trình EC có các ưu điểm sau: [41]

- EC thiết bị đơn giản, dễ vận hành, ít phải bảo dưỡng.

- So với các quy trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học, công

nghệ EC tạo ra lượng nước thải chứa hàm lượng TDS rất thấp. Do đó, có thể sử

dụng nước thải để tái sử dụng, TDS thấp giúp giảm chi phí thu hồi nước.

- Quy trình EC có thể làm ổn định các hạt keo lớn hơn và tạo ra lượng bùn

thấp hơn so với các quá trình keo tụ khác. Lượng bùn thải tạo ra trong suốt quá trình

xử lý nước bằng công nghệ EC nhỏ hơn (50-70%) khi so sánh với các q trình keo

tụ thơng thường. Mặt khác, bùn được hình thành khi sử dụng phương pháp EC với

điện cực Fe chứa hàm lượng chất khô và kỵ nước cao hơn so với q trình keo tụ

hóa học có sử dụng chất trợ keo là FeCl3 có bổ sung thêm NaOH hoặc vôi.

- Tách chất hữu cơ bằng quá trình EC hiệu quả và nhanh hơn so với q

trình keo tụ hóa học.

- Q trình EC tạo ra bọt khí kéo các chất cặn bẩn trong nước thải nổi lên

mặt nước giúp thuận lợi cho quá trình tách nổi.

- Khơng cần kiểm sốt độ pH trong suốt quá trình điện phân ngoại trừ một

số trường hợp đặc biệt.



16



- Chi phí vận hành thấp hơn nhiều so với hầu hết các công nghệ xử lý nước

thông thường.

- EC khơng sử dụng hóa chất và do đó khơng cần trung hòa hóa chất dư

thừa và khơng có khả năng gây ơ nhiễm thứ cấp do các chất hóa học được thêm vào

ở nồng độ cao khi sử dụng keo tụ hóa học trong xử lý nước thải.

- Kỹ thuật EC có thể sử dụng được thuận tiện ngay cả ở các khu vực nơng

thơn khơng có điện, có thể dùng pin mặt trời.

Nhược điểm

Có nhiều ưu điểm song EC cũng có các nhược điểm sau:

- Việc sử dụng điện có thể gây ra tốn kém trong q trình xử lý nước thải

khi dùng công nghệ EC ở những nới có giá điện cao.

- Do điện cực bị ăn mòn nên phải thay thế thường xuyên.

- Các điện cực bị ảnh hưởng trong suốt quá trình EC do sự ăn mòn điện cực

dương và q trình thụ động trên các bề mặt điện cực do các chất keo tụ cũng như

lớp màng hydroxit được tạo thành bám vào bề mặt điện cực.

- Qúa trình EC đòi hỏi độ dẫn điện của nước thải đủ cao để quá trình dịch

chuyển điện tích giữa các điện cực xảy ra. Tuy nhiên, trong một số trường hợp khi

độ dẫn điện của nước thải quá thấp không thể thắng được điện trở của hệ cần có sự

hỗ trợ bổ sung chất dẫn điện như NaCl hoặc Na2SO4. Tuy nhiên, việc sử dụng chất

trợ dẫn lại có thể gây ra ơ nhiễm thứ cấp và tăng chi phí xử lý. Ion clorua mặc dù rất

có lợi trong việc trợ dẫn và oxi hóa các chất ô nhiễm hữu cơ, phá vỡ lớp thụ động

điện cực dương thơng qua cơ chế ăn mòn rỗ bề mặt điện cực. Ngồi ra, nó có thể

làm giảm hiện tượng quá áp và tăng diện tích của các điện cực và bằng cách giảm

khoảng cách giữa chúng.

- Nồng độ cao của các ion sắt và nhôm trong nước thải phải được loại bỏ

sau khi xử lý.

- Trong một số trường hợp đặc biệt hydroxit dạng gel có thể có xu hướng

hòa tan khơng tạo ra q trình keo tụ.

- Các hydroxit khơng có kích thước hạt thủy lực thích hợp, khiến việc phân

tách gặp rất nhiều khó khăn khi tiến hành tách chúng ra khỏi nước và không thể thu

hồi được.



17



Những hạn chế chính là EC chỉ hiệu quả để loại bỏ các chất khơng hòa tan

(chất keo) và một số loại ion nhất định. EC không hiệu quả trong việc loại bỏ các chất

hòa tan như amoni, đường, axit hữu cơ, dung môi, phenol, rượu, vv…

1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình keo tụ điện hóa

Hiệu suất của quá trình EC phụ thuộc vào nhiều tham số vận hành như mật độ

dòng, thời gian diễn ra phản ứng điện phân, pH đầu vào của nước thải, vật liệu điện cực,

hình dạng điện cực, khoảng cách giữa các bản điện cực, nồng độ chất ô nhiễm ban đầu...

Mật độ dòng

Mật độ dòng điện đặt trên các điện cực quyết định các phản ứng điện phân

diễn ra trong dung dịch như: hòa tan anot, tạo thành khí, tạo chất kết tủa, phản ứng

điện phân nước, ... [42] cũng như q trình động học của chúng. Do đó, mật độ

dòng điện hay tiêu thụ năng lượng điện ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng

của quá trình điện phân. Nói chung, dòng điện một chiều là loại dòng điện được sử

dụng rộng rãi hơn trong EC [43].

Tuy nhiên, bề mặt anot có thể bị thụ động do sự hình thành của một lớp oxit

ổn định từ các phản ứng oxi hóa nhằm thúc đẩy các hiện tượng ăn mòn, tạo ra các

hiệu ứng thụ động. Sự thụ động của anot làm tăng điện trở, và do đó, hiệu điện thế

tăng, làm lượng điện năng tiêu thụ tăng, nhưng sự thụ động làm giảm đáng kể hiệu

quả xử lý của q trình EC [44]. Việc sử dụng dòng xoay chiều có thể được coi là

một thay thế vì những thay đổi liên tục của cực tránh hoặc giảm sự hình thành các

lớp thụ động và tăng tuổi thọ hoạt động của các cực anot hòa tan [45].

pH nước thải

Độ pH của dung dịch đóng vai trò quan trọng trong q trình EC và keo tụ

hóa học [46, 47]. Ảnh hưởng đầu tiên liên quan đến chất keo tụ trong dung dịch thể

hiện ở trạng thái cân bằng phụ thuộc vào độ pH: các ion kim loại, các hydroxit và

các hợp chất polyme hydroxit. Sự phân bố của các ion kim loại này như một hàm

của pH thường được thông qua giá trị âm của biểu thức nồng độ logarit dưới dạng

hàm của pH như hình 1.4. [48], cung cấp thơng tin giá trị về sự phân bố của các ion

kim loại ở trạng thái cân bằng [49].

Bouhezila F. và cộng sự 2011[35], Mollah M. Y. và cộng sự 2004 [38] đã chỉ

ra sự tạo thành các dạng hydroxit khác nhau của nhơm và sắt phụ thuộc vào pH.



18



Hình 1.4. Sơ đồ E-pH của sắt và nhôm ở 25 ° C, 1 bar [34]

Mỗi loại ion kim loại và lượng của chúng có liên quan đến hiệu suất xử lý chất ơ

nhiễm bởi vì mỗi loại trong số chúng có sự tương tác hồn tồn khác nhau với các chất

ơ nhiễm, cho các hiệu quả keo tụ khác nhau. Ví dụ, các ion kim loại trong điều kiện

kiềm cao cho hydroxit nhôm và hydroxit sắt tương ứng là Al(OH)4và Fe(OH)4.



19



Những hydroxit này có hoạt động keo tụ kém [50], sau đó, thơng thường (trừ một số

sản phẩm polyaluminum) q trình keo tụ khó được thực hiện ở mơi trường có tính axit

(Fe: pH = 4 - 5 và Al: pH = 5 - 6).

Các điều kiện pH có ý nghĩa khác nhau về tính chất hóa lý của các chất keo tụ,

như: độ hòa tan của các hydroxit kim loại, độ dẫn điện của hydroxit kim loại và kích

thước của các hạt keo của các phức chất keo tụ [51, 52]. Vì vậy, mơi trường trung tính

và kiềm thích hợp hơn cho quá trình EC.

Hiệu ứng đáng chú ý thứ hai liên quan đến những thay đổi về cấu trúc hóa

học của các chất gây ô nhiễm do ảnh hưởng của pH. Do đó, sẽ làm thay đổi các lớp,

đồng thời ảnh hưởng đến việc hình thành các chất keo tụ. Do đặc tính hóa lý khác

nhau của các chất gây ô nhiễm dựa vào pH, thông số này phải được tối ưu hóa theo

tính chất ơ nhiễm và các điều kiện nước thải [53].

Tuy nhiên, các ảnh hưởng khác cũng có thể liên quan đến độ pH, chẳng hạn

như, ảnh hưởng của các ion kim loại khác hiện diện trong nước thải thực tế. Đây là

trường hợp của các anion khác nhau có thể bị ảnh hưởng bởi pH, ảnh hưởng đến

điện tích của chúng do đó ảnh hưởng lên lớp che chắn của các chất keo tụ [51, 54]

hoặc tính chất oxy hóa của chúng [55]. Do đó, nhóm này có ảnh hưởng đến điều

kiện pH tối ưu của quá trình EC.

Vật liệu điện cực

Vật liệu điện cực là một trong các thông số không chỉ ảnh hưởng trực tiếp

đến phản ứng điện phân diễn ra bên trong dung dịch mà còn liên quan trực tiếp đến

chi phí của phương pháp khi xử lý nước thải. Trong mỗi phản ứng EC, anot hòa tan,

tỷ lệ chất ơ nhiễm được loại bỏ và chất keo tụ đóng vai trò là yếu tố quan trọng

quyết định hiệu quả của phương pháp. Trong khí đó, các vật liệu anot từ các kim

loại khác nhau liên quan trực tiếp đến lượng ion kim loại tạo thành trong dung dịch.

Các chất keo tụ từ ion kim loại có hóa trị cao hơn được ưu tiên dùng do chúng có

khả năng tăng cường q trình keo tụ và loại bỏ chất ô nhiễm. Thông thường, các

điện cực nhơm và sắt được sử dụng nhiều vì các đặc tính keo tụ đa dạng của ion hai

kim loại này [56]. Nhiều nghiên cứu về EC cho thấy các vật liệu sử dụng rộng rãi

nhất làm các cực dương là sắt hoặc nhôm [35], trong khi các cực dương khơng phải

là nhơm và sắt thì phải là kim loại đi sau Al và Fe trong dãy điện hóa. Tuy nhiên,



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.pdf) (205 trang)

×