tiểu luận siêu âm và ozon

-2.2.2 Thiết lập hệ thống phân hủy sinh học kỵ khí - việc kiểm tra phân hủy kỵ khí đã được thực hiện thông qua sự so sánh việc sản xuất methane cho các chất khác nhau với cung một chất c

1 giới thiệu:

- Phân hủy kị khí nổi tiếng như là một công nghệ để xử lý bùn sinh học tuy nhiên quá trình phân hủy diễn ra chậm 20-30 ngày,

- Vì quá trình thủy phân là một giai đoạn giới hạn , để cải thiện quá trình thủy phân

và phân hủy kỵ khí việc tiền xử làm ngắn tế bào là quá trình hiệu quả

- Vì vậy nhiều công cụ để hòa tan hoặc thủy phân các tế bào bùn trước quá trình phân hủy kị khí được phát triển trong đó có cơ khí, hóa học và nhiệt

- Trong các pp nêu trên các kỹ thuật siêu âm, phenton và ozone là các kỹ thuật hứa hẹn cho việc phá vỡ bùn và cải thiện quá trình phân hủy kỵ khí

- Quá trình xử lý siêu âm cho bùn trước khi phân hủy kị khí được tìm hiểu phát triển trong khoảng 20 năm gần đây ÚS nổi tiếng trong việc phá hủy bùn và thành tế bào vi khuẩn nên việc xl US giúp đem lại sự giải thoát chất có thể hòa tan vào pha lỏng, làm tăng lượng biogas và giảm thời gian phân hủy kỵ khí

- CODs, kích thước bùn, khả năng phân hủy sinh học, trạng thái động lực học, và cơ chế của xử lý US cũng được nghiên cứu

- Hiệu quả chủ yếu của ÚS là tạo ra các bong bóng âm thanh, là sự kết hợp của nhiều hiện tượng bao gồm phản ứng hóa học sử dụng quá trình radical, thủy phân, phân hủy và chia nhỏ

- Tần số cao đẩy mạnh quá trình ảnh hưởng của oxi hóa, trong khi tần số thấp giúp cải thiện lĩnh vực cơ khí

- Hơn nữa, việc chia nhỏ thủy lực được tạo ra chủ yếu bằng việc tạo ra các lỗ hổng của US là chức năng chủ yếu của quá trình phân hủy

- Công nghệ phenton là quá trình oxi hóa bậc cao được sử dụng gần đây ion sắt được sử dụng để khởi đầu và xúc tác quá trình phân hủy của h2o2 và sản sinh ra gốc hydroxyl, (oh) trong hệ thống phentol

- Chất phản ứng của phentol được sử dụng chủ yếu để cải thiện đặc tính tách nước

và giảm lượng bùn trong 2 năm lại đây, quá trình phentol bắt đầu được sử dụng

để cải thiện việc phân hủy kỵ khí

- Trong các quá trình oxi hóa bậc cao, gốc oh chịu trách nhiệm cho việc phá hủy bùn Gốc oh với khả năng oxi hóa mạnh mẽ phản ứng với tất cả bùn mà không có

sự lụa chọn, dẫn đầu việc khoáng hóa bùn Thêm vào đó , h2o2 có thể làm tăng thể

tích của bùn, và ion sắt có thể tác động bất lợi cho các quá trình sau này cũng như ứng dụng nông nghiệp

- Các lý do trên giới hạn sự áp dụng quá trình phenton Quá trình oxi hóa bằng ozon cũng đã được nghiên cứu rộng rãi, thông qua đặc tính oxoi hóa mạnh của ozon nó được dùng để phá vỡ bông bùn và phân giải tế bào

- Quá trình ooxxoi hóa của ozon không chọn lọc, nên ozon phản ứng với tất cả các chất: chất lỏng, dạng hạt, chất hữu cơ, hạt khoáng

- Hiệu suất của quá trình ozon dựa trên tác động phức tạp tạo ra bởi các hoạt động oxio hóa và hình thức quá trình dẫn xuất ozon, như là quá trình hydroxyl căn bản

- Liều lượng tiêu thụ tối ưu của ozon từ 0.05 tới 0.5 g o3/gts Hện tượng khoáng hóa

sẽ xảy ra khi liều lượng ozon quá 18 g o3/g ts, hơn nữa quá trình ozon có thể làm thay đổi độ nhớt , biến dạng và kích thước hạt của bùn

- Ozon ít dc áp dụng trong bùn vì chi phí năng lượng lớn trong quá trình sản xuất o3 Và vấn đề này cũng tồn tại trong việc phân hủy bùn bằng ÚS

- Thành phần chính của WAS là nước, hấp thụ năng lượng của US Bởi vậy năng lượng âm cho việc xử lý bùn rất ít

- Ozon kết hợp với siêu âm là 1 quá trình ooxxi hóa bậc cao, đã được sử dụng cho

xử lý nước và nước thải , đặc biệt cho các chất hữu cơ khó phân hủy US/O3 tạo

ra hiệu quả tổng hợp do đó nó hiệu quả hơn việc xử lý độc lập trong quá trình US/O3, bức xạ siêu âm tập trung để tăng khả năng truyền khối của ozon vào dung dịch thông qua việc làm tăng giá trị của hệ số truyền khối thêm nữa o3 được phân hủy để sinh ra gốc tự do hoạt động và sự phân hủy của ozon có thể được gia tăng bởi siêu âm để sinh ra nhiều gốc oh

- US/O3 đã có tác động rõ ràng trong việc xử lý nước và nước thải, nó có hiệu quả hơn các quá trình riêng biệt trong đa số các báo cáo , ÚS và OO3 được nghiên cứu riêng biệt trong việc tiền xử lý cho quá trình phân hủy kị khí Hơn nữa, ít việc nghiên cứu US/O3 trong xử lý bùn hoạt tính Nghiên cứu này mục tiêu vào việc nghiên cứu sự thay đổi đặc tính của WAS qua việc xử lý US/O3, và hiệu quả của

nó trong việc phân hủy sinh học kỵ khí Sau khi cân nhắc các điều kiện vận hành tối ưu, các thiêt bị US/O3 cũn được xem xét

2 thí nghiệm

2.1 bùn hoạt tính.

- bùn hoạt tính của thí nghiêm dc lựa chọn từ một nhà máy xử lý nước thải địa phương dùng công nghệ kỵ khí- hiếu khí Và được bảo quản ở 4oC để sử dụng

- đặc tính của bùn:

o độ ẩm 98.28%

o pH 6.8

o CÔDS 82.77 mg/l

o Total COD 17460 mg/l

o Ss 18218 mg/l

o Vs 10065 mg/l

o Tỷ lệ CODS/COD = 0.05 cho thấy cod chủ yếu trong pha rắn

2.1 máy móc

2.1.1 hệ thống máy US/O3

- Hình 1 cho thấy sơ đồ siêu âm kết hợp với ozone xl WAS Máy siêu âm là một máy siêu âm autotune 950 W (SCIENTZ-IID, Xinzhi Inc, Trung Quốc), làm việc với một đầu dò đk 8mm và hoạt động ở tần số 21khz Đầu

dò được đặt sâu dưới bùn 10mm

- Sản lượng năng lượng siêu âm đã được điều chỉnh từ 40 đến 600 W trong điều kiện thử nghiệm khác nhau;

- ozone được tạo ra từ oxy tinh khiết sử dụng một máy phát điện ozone (NPA20, Nippon Inc, Trung Quốc), và ozone được phát tán vào bùn bằng một bộ khuếch tán microporous

- lưu lượng o3 được điều chỉnh từ 1-4 l / phút trong điều kiện thử nghiệm khác nhau

- Cho thí nghiệm theo mẻ , 400ml bùn được cho vào một ông Dxh=7x25 cm

- Thông qua các điều kiện thí nghiệm khác nhau, độ pH và nhiệt độ của bùn

đã được điều chỉnh bởi 1 mol / l NaOH và một cốc nước

-2.2.2 Thiết lập hệ thống phân hủy sinh học kỵ khí

- việc kiểm tra phân hủy kỵ khí đã được thực hiện thông qua sự so sánh việc sản xuất methane cho các chất khác nhau với cung một chất cấy trong điều kiện mesophilic (35 ◦C )

Bùn nuôi cấy sử dụng được thu thập từ các bể phản ứng phân huỷ kỵ khí trong xử

lý nước thải tương tự bùn nuôi cấy được pha loãng đến 4 g / l của chất rắn lơ lửng

dễ bay hơi (VSS) Độ pH của mẫu đã được điều chỉnh về 7.0 bằng cách thêm 1 mol / l HCl hoặc 1 mol / l NaOH Bùn được xử lý US3/o3 hoặc chưa được xử lý mẫu bùn đã được thêm vào 400 ml bùn nuôi cấy với 0,5 g COD / g VSS bùn nuối cấy Chai thủy tinh đã được khuấy (200 rpm) để đồng nhất mẫu, và một số việc kiểm soát mẫu đã được thực hiện: lấy phần nước phía trên, sodium acetate( mẫu hoàn toàn phân hủy sinh học) thêm bùn thô vào

2.2 phân tích

TS, SS, VS, COD, nhiệt độ nước và nội dung của mẫu bùn được đo theo standard method Đối với CODS, các mẫu được ly tâm (ly tâm lực lượng 10.000 × g) trong 30 phút, và lấy lớp nước nổi trên mặt để phân tích bằng cách sử dụng phương pháp bình thường COD hòa tan (SCOD) đại diện cho việc chuyển giao COD từ phần hạt của

bùn đến phần hòa tan SCOD được tính toán bằng cách sử dụng sự khác biệt giữa cods và cods ban đầu (CODS), so sánh với COD hạt ban đầu (CODP0)

TS hòa tan (STS) và VS hòa tan (SVS) đại diện cho việc chuyển giao TS và VS từ phần hạt của bùn đến phần hòa tan Các mẫu được ly tâm và loại bỏ các nổi trên mặt,

và các chất rắn còn lại được sử dụng để đo TS và VS Đối với bài báo này, TS và VS trong chất rắn còn lại được gọi là TSP và VSP, tương ứng Nồng độ chất rắn của bề đã được rút ra, và sau đó các hạt hòa tan (STSand SVS) đã được tính toán

Giá trị pH được đo bằng một công cụ PHS-3C (Giá trị pH được đo bằng một công cụ PHS-3C (Shang- hai Precision &Scientific Inc., China) độ đục được đo bằng một bộ máy turbiscan di động (AQ4500, Orion)

Kích thước hạt được đo trên một phân tích kích thước hạt laser (Mastersizer 2000, Malvern firm) Khí biogas sản xuất được thu thập trong hiệu chỉnh kính xi lanh 100

ml ,và khối lượng khí metan được đo bằng chuyển động của chất lỏng (nước, pH 14) Nồng độ O3 được xác định bằng phương pháp iodimetric

Các axit béo dễ bay hơi (VFA) đã được phát hiện bằng sắc ký khí (GC) (7890A, Agilent) vvv

3 kết quả và nhận xét

3.1 So sánh ba quá trình (US, O3 và US / O3) cho sự phân hủy của WAS

- So sánh của US, O3 và US / O3 cho sự phân hủy của WAS đã được trình bày trong hình 2 Tại điểm cuối của phản ứng (60 phút), CODS là 797, 2347 và 3341 mg / l đối tương ứng với US, O3 và US / O3 US / O3 chuyển COD từ phần hạt đến phần hòa tan hơn so với US và O3 một mình

- Sự kết hợp của siêu âm với ozone dẫn đến một hiệp lực, dẫn đến sự gia tăng tỷ lệ phân hủy chung trong ozon hóa một mình, O3 chuyển từ pha khí vào pha lỏng và sau

đó hoặc là phản ứng trực tiếp với chất nền hoặc gián tiếp với các gốc tự do được tạo

ra bởi sự tự phân hủy của O3 Đối với một mình quá trình phân hủy siêu âm, phản ứng bao gồm cắt, nhiệt phân và phản ứng hóa học với các gốc tạo ra từ quá trình nhiệt phân của H2O trong một bong bóng

- Tuy nhiên, trong hệ thống US / O3, những con đường phản ứng trên có thể bị ảnh hưởng lẫn nhau Ví dụ, US có thể tăng cường việc chuyển ozone vào dung dịch bằng các phương tiện tăng hệ số truyền khối, mà có thể dẫn đến nhiều O3 được chuyển vào dung dịch Hơn nữa, US có thể tăng cường sự phân hủy của O3 để tạo ra nhiều hơn

nữa • OH phản ứng với các chất nền Mặt khác, các bong bóng nhỏ của O3 có thể tác động đến việc tạo lỗ rỗng âm thanh của quá trình tạo siêu âm để sản xuất nhiều lỗ rỗng âm thanh hơn, tăng hiêu quả xử lý US

3.2 Effects of the US/O3 operating conditions

3.2.1 Effect of pH

bùn khi độ pH thay đổi 6,8-12,4 Ở thời điểm 30 phút của phản ứng thời, SCOD là 11,99%, 21,34%, 27,58%, 28,54% và 30,01% ở pH 6.8, 8.1, 10.0, 11.1 và 12.4 Tại điểm cuối của phản ứng (60 phút), SCOD là 17,02%, 25,99%, 32,35%, 34,25% và 36,59%, tương ứng

SCOD tăng lên cùng với sự gia tăng của pH, đó là không phù hợp với báo cáo trước đó

nó sẽ giảm tại các giá trị pH cao Lý do là bùn đã trở thành cơ bản với sự gia tăng của pH

và kiềm phá hủy cấu trúc bông bùn và thành tế bào của các anion hydroxy Hơn nữa, sự kết hợp giữa kiềm và siêu âm tăng cường tính hiệu quả lẫn nhau Nhiều O3 phân hủy để oxy hóa thứ cấp khi pH tăng lên, việc tạo ra • OH tăng lên Tuy nhiên, vấn đề cơ bản để điều chỉnh pH có thể sản xuất chất ô nhiễm mới và làm tăng chi phí xử lý Ngoài ra, độ

pH cao mang lại ảnh hưởng xấu đến phân hủy kỵ khí tiếp theo Vì vậy, giá trị pH tối ưu nên được đặt trong các điều kiện thực tế

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ TS ban đầu của WAS

Ảnh hưởng của nồng độ TS ban đầu của WAS lên sự phân hủy đã được kiểm tra và kết quả đã được thể hiện trong hình 3b Vì nó có thể được nhìn thấy từ hình 3b, các SCOD giảm với sự gia tăng của nồng độ bùn ban đầu Ở thời điểm 30 phút của phản ứng, SCOD

là 24,44%, 11,99% và 6,2% tại TS 10, 19 và 38 g / l Tại điểm cuối của phản ứng (60 phút), SCOD là 32,26%, 17,02% và 10,32%, tương ứng Tỷ lệ phân hủy tổng thể của bùn phụ thuộc vào nồng độ của O3 trong dung dịch nước, sức mạnh và tần số của siêu âm và

số lượng • OH trong pha nước Thí nghiệm của chúng tôi được thực hiện trong cùng điều kiện, trong đó chỉ ra rằng nồng độ của O3 và tỷ lệ sản xuất • OH trong dung dịch nước hầu như không đổi Ngoài ra, sức mạnh và tần số của sóng siêu âm giữ không đổi Vì vậy, lượng bùn bị cắt ngắn giữ gần như không đổi, và CODS tăng một chút với sự gia tăng của nồng độ bùn ban đầu Những yếu tố này dẫn đến tỷ lệ giảm của sự phân hủy với

sự gia tăng của nồng độ bùn ban đầu

3.2.3 Ảnh hưởng của liều O3

Để kiểm tra tác động của liều lượng O3 về sự phân hủy của WAS bởi US / O3 Các liều lượng O3 dao động 0,4-1,0 g / h đã được điều tra và kết quả đã được thể hiện trong hình 3c Có thể thấy rằng SCOD tăng từ 9,92% đến 14,48% và từ 3,99% đến 22,53% với liều O3 dao động 0,4-1,0 g / h trong vòng 30 đến 60 phút, tương ứng Kết quả cho thấy liều lượng O3 đã có một tác động tích cực về hiệu suất phân hủy của US / O3

Sự gia tăng trong liều lượng O3 có thể cải thiện việc truyền khối của O3, và tăng diện tích tiếp xúc khí-chất lỏng, dẫn đến sự gia tăng của nồng độ ozone và sự hình thành của các gốc tự do trong dung dịch [32] Tuy nhiên, khi liều lượng O3 cao hơn so với giá trị thích hợp, sẽ tạo ra một hiện tượng khoáng [28] Do đó, O3 liều tỷ lệ / TS cho bùn tan rã nên được xác định bởi các thí nghiệm hơn nữa cho hệ thống xử lý cá nhân,tập trung

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Những ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân hủy của WAS bởi US / O3 đã được nghiên cứu trong phạm vi 27-50 ◦ C như hình 3d Các SCOD tăng từ 17,02% đến 20,53% với nhiệt độ dao động trong khoảng 27-50 ◦C 60 phút Kết quả cho thấy lượng COD tăng chậm với sự gia tăng của nhiệt độ Những ảnh hưởng của nhiệt độ rất phức tạp, trong đó

có tác động tích cực và tiêu cực đến điều trị US/ O3 Nồng độ O3 trong dung dịch nước giảm với sự gia tăng của nhiệt độ, và sự gia tăng của nhiệt độ giảm cường độ vỡ của bong bóng [38] Những yếu tố cản trở bùn phân hủy Mặt khác, sự gia tăng của nhiệt độ nâng cao tỷ lệ truyền khối ozone Đây là những tác động tích cực về sự phân hủy bùn Kết quả

là từ các dữ liệu thu được, sự cải thiện quá trình truyền khối là vượt trội so với những tác động bất lợi do việc gia tăng nhiệt độ, do đó SCOD tăng lên cùng với sự gia tăng của nhiệt độ

3.2.5 Ảnh hưởng của mật độ năng lượng của Mỹ

Ảnh hưởng của mật độ năng lượng của US về sự phân hủy của WAS bởi US / O3 được trình bày trong hình 4 Khi mật độ năng lượng của US tăng 0,12-1,5 W / ml, SCOD thay đổi từ 10,78% đến 15,11% ở 30 phút và từ 15,96% đến 20,76% ở 60 phút, tương ứng các kết quả cho thấy sự gia tăng mật độ năng lượng của US đã có một tác động tích cực nhỏ lên hiệu quả phân hủy Với mật độ năng lượng của US tăng, thể tích bong bóng trở nên rất lớn, dẫn đến thiếu bong bóng vỡ thành ra , nhiều năng lượng US đã tiêu tan Ngoài

ra, tỷ lệ tách khí của O3 tăng với mật độ năng lượng US cao hơn, trong đó có một ảnh hưởng xấu đến nồng độ O3 và gốc tự do Mặt khác, mật độ năng lượng của US cao hơn gây ra sự sủi bong bóng ở nhiệt độ cao đã bù đắp cho sự gia tăng năng lượng tiêu hao và

tỷ lệ tách khí của O3 Vì vậy, tăng tỷ lệ phân hủy chậm với sự gia tăng mật độ năng lượng của US

Theo kết quả trên, các điều kiện hoạt động của các thí nghiệm sau đây đã được thiết lập như sau: TS 19 g / l; pH 6,8; O3 liều 0,6 g / h; Mật độ năng lượng của US 0,26 W / ml; nhiệt độ 27 ◦ C

3.3 hòa tan và phân hủy sinh học kỵ khí của WAS xử lý bằng US / O3

3.3.1 Phân bố kích thước hạt và độ đục

Sự phân bố kích thước hạt đã được kiểm tra trong thời gian xử lý US/ O3 Nó có thể được quan sát thấy từ hình 5a, cho mẫu chưa xử lý, sự phân bố kích thước hạt dao động

0,5-1261 Phân phối khối lượng được tập trung trong khoảng 12-90, có đường kính trung bình của 53,944 m Đối với bùn có xử lý, thể tích các hạt nhỏ đã được tăng lên với sự gia tăng thời gian xử lý 90% thể tích đã bị chiếm bởi hạt với kích thước đường kính thấp hơn hoặc bằng 80 Do đó, kích thước hạt trung bình giảm xuống còn 18,12-38,99 Theo

đó , xử lý US / O3 làm WAS phát tán vào môi trường nước Hơn nữa,sự phân bố kích thước hạt ở 30, 45 và 60 phút là như nhau Nó có thể được quy cho rằng hầu hết các WAS đã bị gián đoạn sau 30 phút đầu

Và hình 5b cho thấy ảnh hưởng của thời gian xử lý lên độ đục của pha nước về bản chất,

vì các hạt chất hữu cơ trong môi trường rắn đã được phát tán vào pha lỏng, sự gia tăng của độ đục theo thời gian xử lý đã được quan sát rõ ràng Độ đục của lớp nước cũng tăng chậm sau 30 phút xử lý, đó là phù hợp với sự phân bố kích thước hạt và sự thay đổi của cods