SỬ DỤNG PHẢN ỨNG FENTON CHO VIỆC xử lý nước rỉ rác của QUÁ TRÌNH ủ từ các CHẤT THẢI KHÁC NHAU

Các quá trình oxy hóa nước rỉ ra từ quá trình ủ của hai chất thải hữu cơ nước thải bùn và một phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị sử dụng thuốc thử của Fenton đã được nghiên cứu với các

Bài kiểm tra giữa kỳ Môn: Các phương pháp hóa lý ứng dụng trong xử lý môi trường

Họ và tên học viên: Trương Xuân Toàn

Phan Thị Bạch Yến Lớp Cao học Hóa lý thuyết và Hóa lý

Khóa: 17

Bài dịch bài báo số 12.

SỬ DỤNG PHẢN ỨNG FENTON CHO VIỆC XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC CỦA QUÁ TRÌNH Ủ TỪ CÁC CHẤT THẢI KHÁC NHAU Tóm tắt.

Các quá trình oxy hóa nước rỉ ra từ quá trình ủ của hai chất thải hữu cơ (nước thải bùn và một phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị)

sử dụng thuốc thử của Fenton đã được nghiên cứu với các tỷ lệ khác nhau [Fe2+] / [COD]0 và duy trì một tỷ lệ [H2O2] / [COD]0 bằng 1 Các điều kiện tối ưu cho phản ứng Fenton được tìm thấy với một tỷ lệ [Fe2+] / [COD]0 bằng 0,1 Cả hai loại nước rỉ rác đã bị oxy hóa đáng kể trong điều kiện này với giá trị COD thay đổi trong giới hạn chấp nhận (77 và 75% đối với nước thải từ nước thải bùn ủ phân và nước thải từ phân hữu

cơ của chất thải rắn, theo thứ tự) và BOD5 thay đổi (90 và 98% đối với nước thải từ nước thải bùn ủ phân và nước thải từ phân hữu cơ chất thải rắn đô thị, theo thứ tự) Thuốc thử Fenton đã được dùng để oxy hóa các chất hữu cơ thích hợp để phân hủy sinh học từ nước rỉ rác Kết quả là, làm giảm sự phân hủy sinh học của nước rỉ rác đã được quan sát sau khi

xử lý Fenton cho cả hai loại nước rỉ rác Tuy nhiên, phản ứng Fenton được chứng minh là một kỹ thuật khả thi cho nghiên cứu quá trình oxy

hóa nước rỉ rác, và nó có thể được xem là một xử lý thích hợp cho các nước thải loại này

1 Giới thiệu

Quản lý chất thải rắn đang trở thành một vấn đề toàn cầu ở các nước phát triển Trong những năm gần đây, các chính sách quốc tế quản lý chất thải hữu cơ đã ngày càng theo hướng tái chế

Có những công nghệ khác nhau để tái chế chất thải hữu cơ và phân bón thường được xem như là một công nghệ thấp và quá trình đầu

tư thấp để chuyển đổi chất thải hữu cơ để làm phân hữu cơ được gọi là quá trình ủ phân Ở châu Âu, một lượng lớn chất thải rắn hữu cơ, nước rác và bùn được quản lý tại các cơ sở ủ nước rỉ rác được xử lý Một trong những vấn đề chính liên quan đến việc xử lý các chất thải hữu cơ tại các cơ sở ủ phân là quản lý và xử lý nước

rỉ rác, gây ra một quá tải hữu cơ cao và không thể lưu trữ được trong nhà máy Giữa quá trình hóa học của quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) được dùng để giảm tải hữu cơ hay độc tính của nước

và nước thải khác nhau AOPs dựa trên sự hình thành của các gốc

tự do hydroxyl, với một thế oxy hóa điện hóa cao Trong số AOPs của Fenton

Thuốc thử [4] đã được sử dụng hiệu quả như là một quá trình hóa học xử lý nước thải và xử lý trước [5] Hệ thống của Fenton bao gồm các muối sắt kết hợp với hydrogen peroxide trong điều kiện

có tính axit Một loạt các ứng dụng của thuốc thử Fenton đã được báo cáo, chẳng hạn như xử lý nước thải dệt [2,6], khử Polynuclear Aromatic Hydrocarbons (PAH) trong nước [7], loại bỏ các halogen hữu cơ có thể hấp thụ (AOX) từ nước thải dược phẩm [8], hoặc xử

lý nước thải của sản xuất bột giấy

[9] Trong số đó, ứng dụng của phản ứng Fenton để xử lý nước rỉ rác đã được báo cáo gần đây và các điều kiện khác nhau cho các phản ứng Fenton đã được nghiên cứu [10,11] Tuy nhiên, những

kết quả đã đạt được với nước rỉ rác của hố chôn rác, vốn khác nhau

từ nước rỉ rác của quá trình ủ rác do điều kiện hiếu khí của quá trình và việc sử dụng các chất thải "tươi" và "trẻ" Theo như chúng tôi biết, chưa có nghiên cứu được công bố về việc sử dụng các phản ứng Fenton để xử lý nước rỉ rác từ quá trình ủ Mục đích của việc này là để nghiên cứu sử dụng các

phản ứng Fenton để xử lý nước rỉ rác từ quá trình ủ hai loại chất thải hữu cơ điển hình: nước thải bùn (WS) và một phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị (OFMSW) Hiệu quả của quá trình Fenton được đánh giá theo sự khử chất hữu cơ

2 Vật liệu và phương pháp

2.1 Thu gom nước rỉ rác

Mẫu khác nhau của nước rỉ rác từ việc ủ phân nước thải bùn (lẫn chất thải tỉa) và thu thập phần hữu cơ của chất thải rắn được lựa chọn

từ các nhà máy ủ Jorba (Barcelona, Tây Ban Nha) trong giai đoạn

từ tháng sáu năm 2005 Kết quả các đặc tính của nước rỉ rác (Bảng 1) được trình bày là các giá trị trung bình với độ lệch chuẩn

2.2 Quy trình phân tích

Quy trình phân tích để xác định nhu cầu oxi hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), pH và độ dẫn điện được thực hiện theo phương pháp tiêu chuẩn[13]

2.3 Phản ứng Fenton

Phản ứng Fenton được thực hiện tại 250C ở áp suất khí

quyển Trong tất cả các thí nghiệm, tỷ lệ [H2O2] / [COD]0 (g/g) (tổng COD) được cố định là 1 trong khi đó tỷ lệ [Fe2+] / [COD]0

(mol/mol) đã được cố định ở mức 0,5, 0,1 và 0,05 Hydro peroxide đậm đặc (33%, Panreac, Barcelona, Tây Ban Nha) được sử dụng

để giảm thiểu hiệu ứng pha loãng liên quan đến H2O2 ngoài (hiệu ứng pha loãng đã được xem xét trong tính toán của BOD5 và

COD) pH của tất cả các mẫu trước khi thực hiện phản ứng Fenton

đã cố định đến 3 bằng cách thêm axit sulfuric đậm đặc, không quan sát thấy có kết tủa sau khi điều chỉnh pH Tất cả các điều kiện thử nghiệm được thực hiện trong ba lần Phản ứng Fenton

đã kết thúc sau 60 phút, khi không có phản ứng là trực quan quan sát

2.4 Phân tích dữ liệu

Ý nghĩa thống kê của các giá trị lặp lại được thực hiện bởi chuẩn của F-test (phân tích phương sai) và t-test của Student

(chuẩn phân tích) xác suất 5%

3.Kết quả và thảo luận

3.1 Đặc trưng nước rỉ rác

Các đặc trưng của nước rỉ rác từ quá trình ủ WS và OFMSW được trình bày trong Bảng 1 Theo dự kiến, cả hai loại nước rỉ rác cho thấy một mức cao của COD và BOD5, trong khi tỷ lệ

BOD5/COD là khoảng 0,5, tương ứng với mức cao mức độ phân hủy sinh học của các chất hữu cơ Những kết quả này cao hơn so với những gì được tìm thấy trong nước rỉ rác từ bãi rác, mà giá trị COD thường có 5-10 g/l và giá trị

phân hủy sinh học thấp (tỷ lệ BOD5/COD khoảng 0,1) Có thể giải thích cho thực tế này là nước rác ủ bao gồm các hạt và hòa tan các chất hữu cơ từ nước ngọt và chất thải trẻ thay vì bãi rác mà là một hỗn hợp

vật liệu có tuổi khác nhau Các mức độ cao của BOD5 tìm thấy (trong

trường hợp bùn ủ thậm chí còn cao hơn so với COD hòa tan) chỉ ra rằng một số lượng đáng kể của các hạt hữu cơ cũng phân hủy Điều này thường được tìm thấy khi các kiểm tra được thực hiện với chất thải rắn, bùn Tuy nhiên, các giá trị tìm thấy để nước rác ủ đang trong

phạm vi của dòng chất lỏng đang được xử lý bởi AOPs Hơn nữa, với các giá trị cao của COD và BOD5, một quá trình sinh học để xử

lý nước rác ủ sẽ không thể đạt được các yêu cầu pháp lý về chất lượng nước Liên quan đến pH, tuy nhiên, các giá trị được tìm thấy trong nước rác WS và OFMSW xa những giá trị coi là tối ưu cho phản ứng Fenton, mà thường được thực hiện tại các giá trị pH dưới 4

3.2 BOD 5 và COD giảm do phản ứng Fenton

Các phản ứng Fenton được thực hiện trên các mẫu nước rác

WS và OFMSW ở các mức độ khác nhau của tỷ lệ [Fe2+]/[COD]0

(0.5, 0.1

và 0,05), trong khi tỷ lệ này [H2O2] / [COD]0 (g / g) được cố định 1 Những điều kiện thí nghiệm đã được lựa chọn vì chúng thường được sử dụng trong phản ứng Fenton Ví dụ, Kurt et al [17] và Kim et al [18] sử dụng một tỷ lệ [H2O2] / [COD]0 bằng 1 cho xử lý nước rác khác nhau và cho thấy không có sự khác biệt đáng kể trong COD khi tỷ lệ này đã được thay đổi xung quanh giá trị cân bằng hóa học lý thuyết (2), trong khi tỷ lệ tối ưu [Fe2+] / [COD]0

cho thấy một sự biến đổi lớn trong các nghiên cứu khác nhau xử lý nước thải Bảng 2 cho thấy các kết quả xử lý COD cho phản ứng Fenton Trong cả hai loại nước rác WS và OFMSW tối ưu

tỷ lệ [Fe2+] / [COD]0 là 0.1, trong đó loại bỏ COD 77 và 75% cho

WS và OFMSW, tương ứng Tuy nhiên, nó phải chỉ là kết tủa của oxit sắt ngậm nước quan sát thấy khi sử dụng nồng độ Fe2+ cao Trong trường hợp này, nó có thể xảy ra một số thay đổi COD có thể liên quan đến đồng kết tủa

và không đúng với phản ứng Fenton Tuy nhiên, những kết quả này phù hợp cho những gì tìm thấy cho bãi rác, chứng minh sự phù hợp của các phản ứng Fenton cho xử lý nước rác từ chất thải rắn có hàm lượng cao

chất hữu cơ Nghiên cứu ảnh hưởng của phản ứng Fenton trên quá trình ủ nước rác phân hủy sinh học, việc loại bỏ BOD5 đã được

nghiên cứu

với các điều kiện tối ưu cho thấy giảm COD ([Fe2+] / [COD]0 = 0,1) Kết quả được thể hiện trong Bảng 2 BOD5 loại bỏ cho cả hai loại nước rác là rất cao (90 và 98% cho WSvà OFMSW, tương ứng) Đặc biệt các kết quả cho BOD5 loại bỏ cao hơn so với loại COD Điều này cũng có thể

quan sát thấy trong các giá trị của tỷ lệ thức BOD5/ COD, giảm rõ sau xử lý Fenton (Bảng 2) Giả thuyết cho điều này là thực tế thuốc thử Fenton có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ phân hủy sinh học tốt hơn, đó cũng là thành phần chính của tải trọng hữu cơ trong nước rác quá trình ủ phân, xử lý Fenton gia tăng trong nước rỉ rác phân hủy sinh học (tăng trong tỷ lệ BOD5/ COD 0,13-0,42) Trong trường hợp này, nó có thể do nước rác từ bãi rác bao gồm các phân

tử hữu cơ và kết quả là một quá trình Fenton có thể phá vỡ cấu trúc phân tử xuống hoặc sắp xếp lại các chất hữu cơ và chuyển đổi các chất hữu cơ không phân hủy để phân hủy sinh học nhiều hình thức Tuy nhiên, trong trường hợp của nước rác phân huỷ, các hợp chất hữu cơ của nước rỉ rác chủ yếu là phân hủy sinh học và quá trình Fenton có khả năng oxy hóa các hợp chất này Dù sao,

kết quả trình bày trong nghiên cứu này chứng minh sự phù hợp của các

Quá trình Fenton để giảm tải hữu cơ của nước rỉ rác trong quá trình

ủ với giá trị rất cao của COD và BOD5 Kết quả thu được chỉ rằng, một BOD5 / COD tỷ lệ tương đối cao, quá trình xử lý toàn bộ nên được bao gồm trong một quá trình sinh học đầu tiên với một xử lý sau đó bằng phản ứng Fenton Phản ứng Fenton có thể được đề xuất, do đó như là một cách xử lý cho các nước rỉ rác ủ mà đã được

xử lý trước đó bằng xử lý sinh học (thiếu khí hay kỵ khí) Trái lại, với bãi rác, các phản ứng Fenton nên bao gồm trong trình tự xử lý như một xử lý trước

4.Kết luận

Từ các dữ liệu trình bày ở đây, chúng ta có thể kết luận rằng:

(1) nước thải từ quá trình ủ hai chất thải hữu cơ điển hình (WS và OFMSW) đã được đặc trưng về tải trọng hữu cơ Các giá trị tìm thấy cho cả COD và BOD5 là cực kỳ cao

(2) Các điều kiện tối ưu cho phản ứng Fenton đã được tìm thấy

ở một tỷ lệ [Fe2+] / [COD]0 bằng 0,1 khi tỷ lệ [H2O2] / [COD]0 đã được duy trì ở 1 Cả hai loại nước rác bị oxy hóa đáng kể trong các điều kiện về COD (77 và 75% cho WS và OFMSW nước rỉ rác, tương ứng) và loại bỏ BOD5 (90 và 98% cho WS và nước rỉ rác OFMSW, tương ứng)

(3) phản ứng Fenton đã được xem là oxy hóa tốt phân hủy sinh học chất hữu cơ của nước rác, dẫn đến một ý nghĩa là giảm tỷ lệ

BOD5 / COD cho cả hai loại nước rác

(4) phản ứng Fenton đã chứng tỏ là một kỹ thuật khả thi cho quá trình oxy hóa nước rỉ rác được nghiên cứu, và có thể được coi là một xử lý thích hợp cho các loại nước thải Việc sử dụng các phản ứng Fenton phân hủy sinh học phân compost nước thải, nên được

đề xuất như là một cách xử lý sau khi xử lý sinh học Kết quả nước thải có thể được coi

trong một nhà máy xử lý nước thải đô thị

(5) Nghiên cứu thêm về việc sử dụng các phản ứng Fenton để xử lý nước rác ủ nên tập trung vào việc cải thiện về hiệu quả của việc loại bỏ các chất hữu cơ bởi thay đổi điều kiện thí nghiệm hoặc bằng cách sử dụng AOPs khác Nghiên cứu về các quá trình oxy hóa của các hợp chất hữu cơ cụ thể được tìm thấy trong nước rỉ rác ủ cũng nên được quan tâm