Sự biến đổi của các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác được xử lý bởi sự kết hợp các bể phản ứng

Học viên: NGUYỄN ĐINH DIỆU TRÂM TRƯƠNG THỊ MỸ TRÚC Lớp: Cao học Hóa lý K17 Bài 9: Sự biến đổi của các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác được xử lý bởi sự kết hợp các bê phản ứng, sự keo tụ

Học viên: NGUYỄN ĐINH DIỆU TRÂM

TRƯƠNG THỊ MỸ TRÚC

Lớp: Cao học Hóa lý K17

Bài 9: Sự biến đổi của các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác được xử lý bởi sự kết hợp các bê phản ứng, sự keo tụ, quá trình oxy hóa Fenton và công nghệ lọc sinh học

Một quá trình kết hợp được phát triển bao gồm hàng loạt các bể phản ứng (SBR), sự keo tụ, quá trình oxy hóa fenton, và lọc sinh học (BAF) với mục đích loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước ri rác Hàm lượng cao các chất hữu cơ hòa tan (DOM) của nước ri rác trong mỗi quá trình xử lí được phân đoạn thành humic acid (HA), acid fulvic (FA), và ưa nước (HyI) Những thay đổi thành phần và đặc điểm của DOM đã được nghiên cứu Sau đó, bảy mươi tác nhân hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải thô được phát hiện và hai mươi chất ô nhiễm hữu cơ đã được loại

bỏ hoàn toàn bởi quá trình SBR Các chất ô nhiễm hữu cơ thấp và độ đục cao đã loại bỏ thực hiện được bằng chất keo tụ Ba mươi bảy tác nhân hữu cơ nhỏ gây ô nhiễm biến mất hoàn toàn trong dòng Fenton và phần khối lượng phân tử thấp đã được loại bỏ bởi BAF Tổng COD giảm (98,4%), BOD5 giảm (99,1%), NH4-N (99,3%), TP (99,3%), SS (91,8%), độ đục (99,2%) và màu sắc (99,6%) đạt được trong dòng nhánh BAF chi ra hiệu quả của kết hợp thực vật Ngoài ra, kết hợp các ion kim loại Cu, Ni, Zn, Mn, Cr, Mg, Pb, Cd, Al, Fe và các anion của SO42-,Cl−,NO3−,NO2− và PO43- trong nước ri rác thô và đo bốn dòng xử lí tương ứng Các quan sát chi ra rằng nước thải được xử lý bởi các quá trình kết hợp vẫn còn chứa nồng độ cao hơn của tổng số kim loại nặng và anion vô cơ hơn so với môi trường nước xung quanh, mặc dù không có vi phạm đến dòng tiêu chuẩn đã được tìm thấy Các rủi ro có thể có trong nước thải không phải là không đáng kể vì nước ri rác vẫn còn là một trong những nguồn chính chi ra rằng nước thải được xử

lý bởi các quá trình kết hợp vẫn còn chứa nồng độ cao hơn của tổng số kim loại nặng

và anion vô cơ hơn so với môi trường nước xung quanh, mặc dù không có vi phạm đến dòng tiêu chuẩn đã được tìm thấy

1 Giới thiệu

Hố chôn rác hợp vệ sinh là một phương pháp chính đang được sử dụng cho

xử lý chất thải rắn đô thị ở nhiều nước Đa số vấn đề từ kết quả của phương pháp này trong quản lý chất thải là sự hình thành một lượng lớn nước ri rác, là một loại nước thải có hàm lượng cao các chất chất hữu cơ hòa tan (DOM), và có thể di chuyển ra ngoài vào môi trường nước xung quanh (Calace et al., 2001) Nghiên cứu đã chứng minh rằng đa số nước ri rác là các chất mùn (HS) (Christensen et al., 1998; Kang et al., 2002; Wu et al., 2010a) HS được biết đến hoạt động hiệu quả đáng kể đến một số chất ô nhiễm trong môi trường tự nhiên và hấp thụ các chất ô nhiễm kị nước, khử trùng bằng cách hình thành sản phẩm phụ, quang hóa dung dịch nước, tăng trưởng khoáng vật, phân hủy cũng như hoạt động oxi hóa khử trong đất (Reckhow et al, 1990; Kang et al, 2002) Hơn thế nữa, mặc dù sự nhận biết một số tác nhân hữu cơ nhỏ gây ô nhiễm trong mức độ vết (µg/l, ng/l hoặc thậm chí thấp hơn) đóng góp rất ít đến mức độ của tổng thành phần hữu cơ trong nước thải, chẳng hạn như nhu cầu oxy hóa (COD) và tổng cacbon hữu cơ (TOC), chúng có thể là rất độc hại, gây ung thư, hoặc thậm chí đột biến gen và có thể tạo

ra một nguy cơ tiềm ẩn đối với chất lượng nước thu nhận được hoặc trở thành một nguồn ô nhiễm mới của nước ngầm hoặc bề nước mặt (Ozturk et al, 2003; Banar

et al, 2006) Tuy nhiên, nó hiếm khi được báo cáo cho dù việc loại bỏ chính của COD và TOC có thể chi ra trong giảm đáng kể các vết các chất ô nhiễm hữu cơ Ngoài ra, các hợp chất vô cơ gặp phải trong các chất thải tại địa điểm hoặc được hình thành như là một kết quả của các quá trình hóa học và sinh học trong hố rác (Xu et al., 2008) Cho đến nay, đặc trưng của các chất vô cơ các hợp chất như

clorua, sunfat, phốt phát, kiềm, axit, nitrate-N, N-nitrit, amoniac-N, natri, kali, canxi, magiê và các kim loại nặng (Pb, Cu, Ni, Cr, Zn, Cd, Fe, Mn, Hg, Ba, và Ag) trong nước ri rác đã được báo cáo trong một số bài viết (Tchobanoglous et al, 1993; Banar et al., 2006)

Nước ri rác vẫn là một trong những nguồn chính xả ra kim loại nặng thải ra môi trường xung quanh mặc dù việc dòng xử lí cuối từ các nơi chôn rác thỏa mãn dòng tiêu chuẩn (Urase et al., 1997) Tổng số tiền hoặc tổng số nguy cơ có nguồn gốc từ các kim loại nặng và các tạp chất vô cơ trong nước ri rác là đáng kể mặc dù nồng độ mỗi thành phần không phải là rất cao Nhiều công nghệ đã được đề xuất

để xử lí các kim loại nặng bao gồm thẩm thấu ngược (Chianese et al., 1999), lọc (Renou et al., 2009), hấp phụ (Petrangeli Papini et al., 2001; Choi và Yun, 2006)

và sự lắng (Thornton et al., 2001) Tuy nhiên, phân tích chi tiết về việc chuyển đổi của các phức chất vô cơ bao gồm cả kim loại nặng từ nước ri rác khác nhau xử lý thực vật ít khi được được trình bày ở những nơi khác

Phương pháp xử lí nước ri rác là rất phức tạp, tốn kém và thường yêu cầu ứng dụng quy trình khác nhau do sự tải trọng cao, thành phần hóa học phức tạp và nguyên nhân chủ yếu là thể tích thay đổi( Pi et al, 2009a Bu et al, 2010) khối lượng biến đổi Hiện tại, không có quá trình đơn vị duy nhất có sẵn cho xử lí nước

ri rác thích hợp chi đơn giản là do nồng độ cao của COD và nitơ cũng như màu sắc Sự kết hợp của các quá trình sinh học, hóa học và hóa lý có lợi thế của từng quá trình duy nhất và đã được dẫn chứng bằng tài liệu có hiệu quả trong xử lí ổn định nước ri rác (Di Iaconi et al, 2006; Li et al, 2007; Renou et al, 2008; Pi et al, 2009b Wang et al., 2009) Thành phần hữu cơ sinh học chịu nhiệt, ammoniac và phosphate trong nước ri rác là ba vấn đề chính liên quan đến xử lý và loại bỏ Có tài liệu chuyên sâu về xử lý nước ri rác để giảm các đặc điểm chung của nước ri rác mẫu như COD, BOD, TOC, nitơ và phốt pho, vv (Di Iaconi et al, 2006; Wang et

al, 2009; Bu et al, 2010) Tuy nhiên, sự chú ý tương đối ít đến sự mô tả định lượng

về sự biến đổi của các chất mùn, chất gây ô nhiễm hữu cơ hòa tan, kim loại nặng

và các chất vô cơ của nước ri rác trong các nhà máy xử lí Nó là cần thiết để đo nồng độ rất thấp của chất gây ô nhiễm và hiểu biết trong xử lý số quy trình của chúng

Trong nghiên cứu này, các mẫu nước ri rác được thu thập và phân tích hóa học được thực hiện trên nguyên lý nước ri rác, cũng như các dòng được xử lý khác nhau bởi kết hợp thực vật với 4 giai đoạn: hàng loạt chuỗi phản ứng (SBR), keo tụ, quá trình oxy hóa Fenton và lọc sinh học (BAF) Những chuyển biến của COD,

cứu.Trọng tâm của trang này là xác định sự biến đổi của chất mùn, chất gây ô nhiễm hữu cơ, ion vô cơ kim loại và anion trong xử lý kết hợp thực vật

Hình 1 - Sơ đồ của các nhà máy xử lý kết hợp

2 Vật liệu và phương pháp

2.1 Đặc điểm của nước rỉ rác

Các hố chôn rác đã hoạt động từ năm 1997 và có tổng diện tích khoảng

chất thải rắn của thành phố được xử lý hàng ngày Hệ nước ri rác trong hố chôn rác

mười một, và nước ri rác được thu thập bởi một lần, mẫu số lượng lớn từ các bể chứa cố định và bốn chỗ tháo nước của các dòng xử lý đã đề cập ở trên Mẫu được

bảo quản ở nhiệt độ thấp (4 ◦C) và trong bóng tối Các đặc điểm của nước ri rác thô được thể hiện như sau: COD 6722mg/l, BOD5 672mg/l, độ kiềm (CaCO3) 8314mg/l, NH4-N 850mg/l, TP 8.3mg/l, pH 7.83, độ đục NTU 1670, độ dẫn 18.6mS/cm, SS 108mg/l và màu sắc 2000 độ

2.2 Các phương pháp phân tích

Các mẫu nước thải được lọc qua màng thuỷ tinh 0,45µm để loại bỏ các hạt lớn và mảnh vỡ Các chất hữu cơ trong nước lọc là DOM Các quá trình được sử dụng để tách và làm sạch axit humic và fulvic được dựa trên các phương pháp mô

tả bởi (Christensen et al., 1998) và nghiên cứu trước đây của chúng tôi (Wu et al., 2010a, b) DOM của nước ri rác được phân tách thành axit humic (HA), acid fulvic (FA) và ưa nước (HyI) Mẫu được axit đến pH 1,5 bằng cách cho axit sulfuric Kết tủa (HA) và phần nổi (FA + HyI) đã được tách ra bằng cách ly tâm tại 4500 rpm

được sử dụng để phân tách FA và HyI Nhựa trao đổi cation 732 (lưới 20-50, ZhengGuang, Trung Quốc) được sử dụng để proton FA Cacbon hữu cơ hòa tan (DOC) của các mẫu tách ra (HA + FA) được đo như nồng độ HS với phân tích TOC lỏng (Elementer, Đức) Các nồng độ các ion kim loại Cu, Ni, Zn, Mn, Cr,

nghiên cứu với graphite nung trong lò phổ hấp thụ nguyên tử (Z-8270 Hitachi, Nhật Bản) Sự nhận biết và nồng độ gần đúng của vi hữu cơ gây ô nhiễm đã được phát hiện bằng cách sử dụng phép phân tích phổ khối lượng sắc ký khí (GC-MS) (Agilent 7890A-5975C, USA) Đoạn đường nhiệt độ cho GC / MS như sau: 60◦C cho 10 phút, 50-220◦C ở 5.0◦C phút-1 và 220◦C giữ cho 10 phút, 220-290◦C ở 5,0◦C phút -1 và một 290 ◦C giữ cho 5 phút Các phần chiết được chuẩn bị theo phương pháp thử nghiệm EPA 625 dựa trên phương pháp chiết lỏng-lỏng với methylene chloride (Longbottom và Lichenberg, 1982) Các phần chiết được sấy khô bằng cách chuyển nó đi qua một cột natri sulfate và được tập trung với một

thiết bị bay hơi quay (RE-52A, Trung Quốc) Các giá trị của COD, BOD5, PO4-P, nitrate-N, nitrite- N, N-ammonia và kiềm được đo theo phương pháp chuẩn (APHA, 2005) Độ dẫn điện, độ đục và giá trị pH đo được bởi một máy đo độ dẫn điện (Leici DDS-11A, Trung Quốc), một nephelometer (Xinrui WGZ-1A, Trung Quốc) và một máy đo pH-25 (Leici pH-25, Trung Quốc) Các màu sắc được đo bằng phương pháp pha loãng nhiều lần Chất rắn lơ lửng (SS) được đo bằng cách làm khô 100ml thể tích mẫu và sau đó cân các hạt còn lại trong mg/l Tất cả các mẫu được phân tích ở nhiệt độ phòng Các kết quả được dựa trên phân tích ba lần,

và tiêu chuẩn độ lệch nhỏ hơn 5%

trình xử lý khác nhau

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Hiệu quả xử lý của sự kết hợp thực vật

Các thay đổi về COD, BOD5, cũng như SS, màu sắc và độ đục cùng với quá

của nước thải thô là 0,19 chi ra rằng hố chôn rác là một hố "lâu năm" và các hợp chất hữu cơ chính là vật liệu chịu nhiệt và không phân hủy Nó được nhận thấy rằng giá trị COD của nước ri rác đã xử lý bởi quá trình SBR giảm đáng kể, với tỷ

COD trong dòng của SBR vẫn cao là 430mg/l, điều này chi ra rằng nước ri rác ổn định ít tuân theo xử lý sinh học đơn Do đó, tiếp tục xử lý tiên tiến là cần thiết để

xử lý dòng dẫn bởi quá trình sinh học Trong quá trình keo tụ, loại bỏ 61,1% SS và 75,3% độ đục và 87,0% về màu sắc đạt được bằng giai đoạn keo tụ vì việc bổ sung

quá trình Fenton có thể cải thiện sự phân hủy sinh học của chất ô nhiễm hữu cơ

chi ra tính hiệu quả của các quy trình kết hợp

Hình 3 - Những thay đổi trong nồng độ của độ đục, màu sắc và SS và hiệu quả loại bỏ của chúng cùng với quá trình xử lý khác nhau

3.2 Các chất mùn

Tỷ lệ DOM cao là 86,3%, chi ra rằng DOM bao gồm một phần lớn các chất hữu cơ trong nước thải Rõ ràng, hàm lượng các chất mùn (HS bao gồm HA và FA) trong nước ri rác thô (75%) chi ra rằng phần lớn của DOM trong nước ri rác thô là các chất mùn Sự xác định số lượng của các chất mùn chiết ra từ nước ri rác loại bỏ bởi các quá trình khác nhau và sự loại bỏ của chúng được thể hiện trong hình 4 Kết quả phân đoạn của DOM thể hiện HA, FA và HyI có trong nước ri rác thô chiếm 20,3%, 55,0% và 24,7% của nồng độ DOM, tương ứng Các phân bố của thành phần HA, FA và HyI chiếm 37,5% và 13,6% và 48,9%, tương ứng cho nước thải BAF cuối cùng chi ra sự khác biệt trong việc loại bỏ các thành phần DOM Như các chất có mùn được dễ dàng phân hủy sinh học và hấp phụ bằng bùn hoạt tính (Imai et al., 2001), chúng loại bỏ được hơn trên 90% trong SBR Ba thành phần đã được loại bỏ bởi quá trình keo tụ trong một trật tự của HA (71,1%)> HyI (52,9%)>

FA (37,0%), cho thấy keo tụ loại bỏ HA với phân tử trọng lượng cao ưu tiên (Yoon

et al., 1998) Việc loại bỏ các thành phần HA, FA và HyI là 52,1%, 32,6%, và 13,5%, tương ứng với quá trình Fenton phù hợp với việc quan sát Fenton oxy hóa

loại bỏ ưu tiên các chất hữu cơ khối lượng phân tử lớn (Deng, 2007) Như thể hiện trong hình 4 (a), các thành phần số lượng HyI giảm (13,2 mg / l) đã chiếm ưu thế trong qúa trình BAF cuối cùng, trong khi số lượng thành phần HA và FA giảm chiếm 3,8 và 6,0 mg / l, tương ứng Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ tốt các BAF, đặc biệt là từ nước thải có nồng độ thấp đặc trưng của SS và COD (Gogate và Pandit, 2004)

Hình 4 - Những thay đổi trong nồng độ các chất mùn và hiệu quả loại bỏ của chúng cùng với quy trình xử lý khác nhau

Hình 5 - Những thay đổi về số lượng hữu cơ tổng và tổng nồng độ hữu cơ và hiệu quả loại bỏ chúng cùng với quá trình xử lý khác nhau

3.3.Chất gây ô nhiễm hữu cơ cực nho

Bảng 1 liệt kê các chất gây ô nhiễm hữu cơ cực nhỏ và ước tính nồng độ của chúng quan sát trong nước ri bãi rác thô Tất cả các dữ liệu dựa trên các phép đo của các hợp chất ban đầu và không có sản phẩm chuyển đổi được xem xét Tổng cộng có bảy mươi loại hữu cơ đã được xác định, bao gồm mười bốn hydrocacbon thơm, ba hydrocacbon khử clo, chín chất gây ô nhiễm phenol, mười ba poly hydrocarbons vòng thơm (PAHs), một poly clo biphenyl (PCB), một polybrom hóa diphenyl ete (PBDE) và sáu este phthalic (Paes) Nồng độ sáu mươi bảy chất ô nhiễm là ở trên 0.10μg /l Phần lớn các hợp chất tìm thấy là hydrocarbons thơm (68,8%) và PAEs (10,2%) Clo hoá hydrocacbon (0,13%), phenol (0,99%), PAHs (0,98%), PCBs (0,06%), PBDEs (0,04%) là các thành phần nhỏ Tất cả đều là nằm trong danh mục quy định của EPA Hoa Kỳ và có tính chất gây ung thư và đột biến gen (Castillo và Barcelo, 2001) Hình 5 cho thấy rằng bốn mươi bốn hợp chất hữu cơ đã được tìm thấy trong nước thải SBR và nước thải keo tụ tương ứng, cho thấy quá trình keo tụ không thể loại bỏ phế thải vật liệu hữu cơ một cách hiệu quả Theo hiểu biết của chúng tôi, việc loại bỏ của chất ô nhiễm cực nhỏ hòa tan trong các hệ thống thủy sản còn hạn chế do các chất rắn lơ lửng (SS) và chất keo được ưu tiên tạo bông (Reungoat et al, 2010.) Sau đó, ba mươi chín chất ô nhiễm cực nhỏ phát hiện trong nước thải keo tụ đã giảm đến tám, và nồng độ tổng chất ô nhiễm cực nhỏ là giảm hơn 99% do quá trình oxy hóa Fenton Nó cho biết rằng quá trình Fenton là rất hiệu quả trong việc loại bỏ nhiều các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại từ nước thải (Neyens và Baeyens, 2003) Tuy nhiên, chi có 32,7% COD đạt được bởi quá trình Fenton chi khoáng hóa không phải là chính loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại trong qúa trình Fenton Fenton oxy hóa chủ yếu làm thay đổi cấu trúc củacác hợp chất ban đầu và cải thiện phân hủy sinh học của chúng, như cũng như làm giảm độc tính của chúng (Elmolla và Chaudhuri, 2009) Chú ý đặc biệt phải được trả tiền để thực hiện loại bỏ tốt BAF cho các cấp thấp của chất ô nhiễm cực nhỏ (Gogate và Pandit, 2004) Với quá trình BAF, tám hợp chất là định lượng, trong đó

có sáu chất hữu cơ với nồng độ còn lại thấp hơn 0,01μ g /l trừ trichloroethylene (0,13 μg / l) và tetrachloroethylene (0,06μ g / l) Các cấp độ của các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải BAF đạt tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc đối với nước xả thải Nước thải được tái sử dụng một phần cho nhà vệ sinh xả nước và làm vườn

3.4 Ion kim loại và anion vô cơ