XỬ lý sơ bộ nước rỉ rác BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO tụ tạo BÔNG CHO QUÁ TRÌNH NITRAT hóa

XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ - TẠOBÔNG CHO QUÁ TRÌNH NITRAT HÓA Tóm tắt Mục đích chính của việc nghiên cứu này là nghiên cứu các ứng dụng quá trình keo tụ-tạo bông xử

BÀI GIỮA KÌ

MÔN: ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM

NGUYỄN THỊ NGỌC SƯỚNG

Dịch bài báo 2

XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ - TẠO

BÔNG CHO QUÁ TRÌNH NITRAT HÓA

Tóm tắt

Mục đích chính của việc nghiên cứu này là nghiên cứu các ứng dụng quá trình keo tụ-tạo bông xử lý sơ bộ nước rỉ rác ở các bãi rác mới để ngăn ngừa ô nhiễm trong các màng siêu lọc của quá tình xử lý sinh học Thí nghiệm Jar-test được thực hiện để xác định các điều kiện tối ưu cho việc loại bỏ cặn và chất hữu cơ Các chất keo tụ sắt clorua, nhôm sunfat và nhôm polychloride (PAX) đã được dùng là chất thử nghiệm, cùng với các loại kết tủa khác nhau của (anion và cation polyelectrolytes) Giá trị pH tối ưu tương ứng là khoảng 4.0 cho sắt clorua và 6.0 cho sulfat nhôm Khi sử dụng PAX thì không cần điều chỉnh pH, các giá trị tối ưu đã được tìm thấy của các nước rỉ rác (khoảng 8.3) Lượng tối

ưu của Fe3+ là 0.4g/L, Al3+ là 0.8g/L và PAX là 4g/L Kết quả tốt nhất này được tìm thấy với keo tụ, 98% cặn, 91% màu sắc và 26% COD được loại bỏ Khi chất tạo bông được bổ sung, kết quả cũng tương tự như những kết quả tìm thấy khi chỉ thêm chất keo tụ, mặc dù đã đạt được sự gia tăng đáng kể trong tỷ lệ Khối lượng bùn sinh ra chiếm khoảng 4.5-5.0% khi sử dụng clorua sắt hoặc nhôm sunfat, và 15% khi sử dụng nhôm polychloride

1 Giới thiệu

Sự phân hủy của hợp chất hữu cơ của chất thải rắn đô thị ở bãi rác kết hợp với hiện tượng thẩm thấu nước mưa tạo ra một chất lỏng gọi là nước rỉ rác Thành phần của nước thải này phụ thuộc vào một loạt các thông số, chẳng hạn như các loại chất thải, điều kiện khí hậu, phương thức hoạt động và thời gian hoạt động của bãi rác Lượng ô nhiễm của nước rỉ rác của bãi rác thường đạt giá trị tối đa trong năm hoạt động đầu tiên và sau đó giảm dần trong những năm tiếp theo Các chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm là COD, BOD Ngược lại, nồng độ amoniac không những suy giảm mà thường ở nồng độ lên đến 2000 mg/L và thường tạo thành một chất gây ô nhiễm chính trong nước thải Kim loại nặng là

một mối lo ngại do ảnh hưởng bất lợi đối với môi trường, mặc dù nồng độ rất thấp của các kim loại nặng được theo dõi trong giai đoạn cổ khuẩn sinh metan

Tóm lại, nước rỉ rác có thể tái lưu thông đến các bãi chôn lấp giống nhau hoặc xử lý bằng các phương pháp khác nhau: sinh học, hiếu khí, phương pháp

kỵ khí hoặc nitrat hóa-khử nitơ để loại bỏ các chất hữu cơ và amoni nitơ Quá trình sinh học để loại bỏ các chất hữu cơ có thể có hiệu quả cho nước rỉ rác với một tỷ lệ cao BOD5/COD Theo đó, một loạt các quá trình hóa lý đã được sử dụng để xử lý nước thải có chứa loại này, chẳng hạn như keo tụ-tạo bông, than hoạt tính hấp phụ, hóa chất oxy hóa, màng lọc thẩm thấu ngược và lọc nano

Keo tụ-tạo bông là một kỹ thuật tương đối đơn giản mà có thể được sử dụng thành công trong xử lý bãi rác Keo tụ-tạo bông đã được đề xuất chủ yếu như một phương pháp tiền xử lý cho nước rỉ rác mới, hoặc là một kỹ thuật sau khi xử lý ổn định cho nước rỉ rác một phần

Các nước rỉ rác được xử lý tại bãi rác thải bằng phương pháp tăng áp quá trình nitrat hóa-khử nitơ, được đặc trưng bởi độ ổn định hàm lượng chất khô cao (14 g/L) và tăng độ hòa tan oxy như một hệ quả của áp lực cao (2.5-3.0 bar) Sinh khối sau đó được tách ra bằng màng siêu lọc Nhà máy xử lý nước rỉ rác lên đến 550 m3 ngày-1, methanol được thêm vào như là một nguồn chất hữu cơ

dễ phân hủy sinh học để thuận lợi cho việc thực hiện quá trình khử nitơ Lượng bùn tạo ra là khoảng 30 m3 ngày-1 [26]

Mục đích của việc nghiên cứu này là ứng dụng của chất keo tụ và chất tạo bông khác nhau để xử lý nước rỉ rác mới sinh ra ở những khu vực bãi rác mới và

để xác định các chất keo tụ và điều chỉnh các điều kiện tối ưu để giảm cặn và để tránh tắc nghẽn trong màng cho các giai đoạn xử lý tiếp theo

2 Thực nghiệm

Mẫu nước thải được thu thập từ các bãi chôn lấp hợp vệ sinh của La Zoreda Asturias, Tây Ban Nha, mà đã đi vào hoạt động kể từ tháng Giêng năm

1986 Mười hai mẫu được thu thập từ các khu vực bể rác mới (bể 2) và mười hai

mẫu từ khu vực bể rác cũ (bể 1), cho các mục đích của đặc tính và để so sánh qua các thử nghiệm màng siêu lọc

Thời gian lấy mẫu là từ tháng Chín đến tháng 11 năm 2005 (mỗi tuần hai mẫu) Các mẫu được thu thập trong chai nhựa 20 L, vận chuyển đến các phòng thí nghiệm, bảo quản ở 4oC và sau đó đặc trưng

Phân tích hóa lý (pH, độ dẫn, độ đục, độ màu sắc, COD, BOD5, amoni-nitơ, axit dễ bay hơi, sắt và nhôm) được thực hiện trong vòng 2 ngày sau lấy mẫu theo phương pháp chuẩn cho việc kiểm tra của nước và nước thải [28] pH được đo bằng máy đo pH (CRISON Mod 207) Độ đục và màu sắc được đo bằng máy quang phổ (HACH Mod DR / 201) Độ đục, thể hiện như FAU (Formazin Attenuation đơn vị) được đo ở bước sóng 860 nm, và màu sắc ở bước sóng 445 nm COD đã được xác định theo phương pháp 5220 D (trào ngược khép kín, phương pháp so màu) của các phương pháp chuẩn cho việc kiểm tra của nước và nước thải BOD5 được xác định bằng phương pháp Warburg Amoni-nitơ đã được xác định bằng cách sử dụng một ion phân tích Orion Mod

720 Các phương pháp được đề xuất trong hướng dẫn Degremont [29] để xác định nồng độ axit dễ bay hơi Axit béo dễ bay hơi được xác định bằng sắc ký khí

sử dụng một hệ thống Perkin Elmer AutoSystem XL Kim loại được xác định bằng cách sử dụng quang phổ hấp thụ nguyên tử Perkin Elmer 310

Cách tiến hành thí nghiệm:

Nghiên cứu keo tụ-tạo bông được thực hiện trong một bộ máy Jar-test kiểm tra thông thường, trang bị 6 cốc khối lượng 1l ở nhiệt độ phòng Quá trình thử nghiệm bao gồm ba giai đoạn sau:

+ Giai đoạn1 ban đầu khuấy 3 phút ở 180 v/p,

+ Giai đoạn2 khuấy chậm trong 17 phút ở 40 v/p

+ Giai đoạn 3 ngưng khuấy và bùn còn lại xử lý Sau thời gian lắng, tuyển nổi được rút ra từ cốc thủy tinh và được phân tích và khối lượng bùn ướt được ước lượng từ mức bùn ở đáy của cốc thủy tinh tại thời điểm khác nhau (30 phút,

1 giờ, 2 giờ, 4 giờ và 24 giờ) và sau khi ly tâm ở 4350 v/p

Trong các thí nghiệm sử dụng keo tụ, được thêm vào sau 3 phút đầu tiên, trùng với khoảng thời gian khuấy chậm Chất keo tụ nhôm sunfat 17-hydrate 57.3g Al 3+/L và sắt (III) clorua 6-hydrate 40g Fe 3+ /L và nhôm polychloride nồng độ 18%

Các thí nghiệm được tiến hành khi có và không điều chỉnh pH trước và cho lượng thuốc thử khác nhau Giá trị pH của mẫu được điều chỉnh theo mức

độ mong muốn bằng cách cho thêm một lượng thích hợp dung dịch HCl Ngoài

ra điều này tạo ra một số vấn đề do sự hình thành các bọt, gây khó khăn trong việc giảm độ pH dưới 7 Giọt chất chống tạo bọt (NALCO 71D5) đã được thêm vào các mẫu để giải quyết vấn đề này

Cuối cùng, thử nghiệm màng siêu lọc được thực hiện với nước rỉ rác cũ, nước thải chưa qua xử lý mới, và nước rỉ rác mới bị keo tụ với nhôm polychloride, với một lượng 1g/L, mà không cần điều chỉnh pH trước (tỷ lệ loại

bỏ cặn trên 90%) Giảm tốc độ dòng chảy qua màng siêu lọc theo thời gian đã được nghiên cứu

Nhà máy thí điểm KOCH, LABCELL CF-1 đã được sử dụng để tiến hành các thí nghiệm Điều này cho phép thiết bị làm việc xuyên dòng chảy lên đến áp suất 8 bar Trong nghiên cứu này áp suất 2 bar đã được áp dụng Một KOCH SelRo MPS-U20P-pH ổn định polyethersulphone màng được sử dụng; màng này

có kích thước lỗ 25.000 Da và một phạm vi pH và nhiệt độ làm việc tối đa từ

0-14 và 70 oC, tương ứng Đây là loại màng được chọn nhờ các thông số kỹ thuật của màng siêu lọc được sử dụng tại các nhà máy nước thải rỉ rác thẩm thấu ngược COGERSA

Sau mỗi bài kiểm tra màng siêu lọc, màng đã được rửa sạch bằng axit phosphoric, sodium hydroxide 45oC và sodium hypochlorite cho đến khi phục hồi tốc độ dòng chảy ban đầu bằng nước cất

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Đặc điểm của nước rỉ rác

Các giá trị đặc trưng của các thông số hóa lý chính cho các mẫu nước thải mới và cũ trong nghiên cứu được trình bày trong Bảng 1

Giá trị pH của nước rỉ rác mới và cũ là tương tự Độ đục cao hơn nhiều ở nước rỉ rác mới, vượt quá giới hạn đo trên của máy quang phổ

Chất hữu cơ phân hủy sinh học, về mặt giá trị BOD5, đạt giá trị lên đến 10.000 mg/L cho nước rỉ rác mới và khoảng 670 mg/L cho nước rỉ rác cũ, trong khi nồng độ của ammonia nitrogen cao được đo cho cả hai mẫu, nồng độ này hơi thấp hơn của nước rỉ rác mới

Bảng 1 Thành phần của nước rỉ rác mới và cũ

Phải chú ý rằng các nước rỉ rác mới được thể hiện qua tỷ lệ COD: BOD5

(khoảng 1.7: 1) phù hợp để được xử lý bởi một quá trình sinh học và có đủ khả năng phân hủy chất hữu cơ để loại bỏ amoni - nitơ bằng khử nitrat hóa Vấn đề

là độ đục là tương đối cao, có thể dẫn đến tắc nghẽn màng UF trong quá trình xử

lý ở quy mô công nghiệp Mặc khác, các nước rỉ rác cũ, đã trình bày một tỷ lệ tương đối cao của COD: BOD5 (khoảng 7.2: 1) Nguyên nhân bên ngoài của carbon, như methanol, cần phải được thêm vào cho việc loại bỏ nitơ sinh học

3.2 Các thí nghiệm bổ sung thêm chất keo tụ cho nước rỉ rác mới

3.2.1 Sắt clorua

Thí nghiệm đầu tiên đã được thực hiện mà không cần điều chỉnh pH (8.3) trước bằng cách sử dụng liều lượng chất keo tụ khác nhau (0.2, 0.3, 0.4, 0.5 và 0.6g Fe3+/L) Sự khử trong COD là rất thấp, dao động từ 9.5% đến 11% Tuy nhiên, bằng cách sử dụng một lượng ≥0.5 g/L, sự khử độ đục đạt giá trị khoảng

70% pH nước thải dao động giữa các giá trị của 6.9 cho một lượng 0,6g Fe 3+/L

và 7.4 cho một lượng 0,2g Fe 3+/L

Các thí nghiệm sau đó đã được tiến hành ở pH khác nhau sử dụng cùng một lượng của sắt clorua 0.5 Fe3+/L, với mục đích xác định pH tối ưu Các dữ liệu thu được được trình bày trong Bảng 2 Kết quả hiển thị cho độ dẫn, độ đục, màu và COD tham khảo các nước thải sau khi xử lý pH tối ưu đã được tìm thấy

là 3.8, có sự khử COD, màu sắc và độ đục tương ứng 26%, 84% và 90%

Bảng 2 Loại bỏ COD, độ đục và màu sắc so với pH với lượng 0,5g Fe 3 +/L

Khi đã thu được pH tối ưu, mục tiêu tiếp theo là xác định các thuốc thử với lượng tối ưu Các lượng khác nhau, giữa 0.3 và 0.7g Fe3+/L đã được thử nghiệm, có một giá trị tối ưu là 0.4 mg/L, với sự khử COD, màu sắc và độ đục tương ứng là 28%, 78% và 90%, sử dụng cùng chất keo tụ, thu được kết quả tương tự như loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải rỉ rác ở pH tối ưu là 4

Sau khi giải quyết trong thời gian 30 phút và 24 h, bùn được hình thành trong quá trình keo tụ khoảng 32% và 30% trong tổng khối lượng của mẫu được

sử dụng trong các thí nghiệm tương ứng Sau khi ly tâm trong 30 phút ở 4350 rpm, khối lượng bùn được giảm xuống còn 4% trong tổng khối lượng xử lý

3.2.2 Nhôm sulfat

Trong trường hợp này, các thí nghiệm đã được tiến hành một lần nữa mà không cần điều chỉnh pH trước khi cho lượng nhôm sunfat khác nhau (0.3, 0.4, 0.5 và 0.6g Al3+/L) Kết quả cho thấy rằng lượng của nhôm sunfat làm việc càng nhiều, sự khử loại bỏ độ đục càng cao Tuy nhiên, có sự khác biệt rõ ràng đã được tìm thấy trong COD ứng với các lượng khác nhau, khác nhau về giá trị

giữa 11.5% cho 0,3g Al3+/L và 15% đối với lượng 0,4g Al 3+/L Loại bỏ độ đục cũng tương tự đối với lượng 0,5 và 0,6g Al 3+/L (khoảng 80.7%) pH nước thải dao động giữa các giá trị 7 cho lượng 0,3g Al3+/L và 6.4 cho lượng 0,6g Al 3+/L

Lượng 0,5g Al 3+/L đã được sử dụng để xác định khoảng pH tối ưu, trong khoảng 6 giờ, khử độ đục rất cao (92%) và màu sắc (77%), mặc dù trong COD (20%), có thể được quan sát thấy trong Bảng 3

Bảng 3 Loại bỏ COD, độ đục và màu sắc so với pH với lượng 0,5g Al 3+/L

Lượng tối ưu của nhôm sunfat sau đó đã được xác định cho giá trị pH tối

ưu Điều này đã cho thấy là 0,8g Al3+/L, với tỷ lệ loại bỏ COD, màu sắc và độ đục tương ứng là 27%, 84% và 93%

Liên quan đến bùn đặc, hình thành với lượng lớn của bùn (khoảng 40%)

đã được tìm thấy liên quan đến sự tạo ra bằng cách sử dụng sắt clorua, thời gian lắng là 1 h Khi bùn mất nước bằng cách ly tâm, trong các trường hợp tương tự như báo cáo trên, khối lượng bùn là 5.2% đã thu được đối với các khối lượng xử

lý của nước rỉ rác

3.2.3 Nhôm polychloride (PAX)

Đối với lượng khác nhau của PAX (0.1-7.0g PAX/L) và không điều chỉnh trước của pH (8.3), việc loại bỏ COD tăng theo lượng của thuốc thử (hình 1) cho đến khi đạt giá trị trên 38% đối với lượng 7g PAX/L Không có sự cải thiện trong các kết quả loại bỏ độ đục cho các giá trị trên 4,0g PAX/L (97.7%) Do đó

A liều 4g PAX/L được chọn là giá trị tối ưu đối với hiệu suất khử (26% COD, loại bỏ màu 91% và loại bỏ độ đục 98%) với, mặc dù nước thải của việc điều trị

có pH 5.7 và nó là cần thiết để trung hòa nó trước khi xử lý sinh học

Hình 1 Loại bỏ COD và độ đục cho lượng khác nhau của PAX mà không cần điều chỉnh trước của pH (pH 8.3)

Nếu chỉ xem xét loại bỏ độ đục, một lượng 1g/L được tìm thấy đầy đủ (hiệu quả loại bỏ đạt 92%) Trong trường hợp này pH của nước thải là 7.8 và nó không cần phải điều chỉnh trước khi xử lý sinh học Một lợi thế quan trọng là các cấp độ còn lại thấp hơn nhiều nhôm

Một loạt các thí nghiệm sau đó đã được tiến hành với một lượng 4.0g PAX/L với mục đích xác định các khoảng pH tối ưu Các kết quả thu được được trình bày trong Bảng 4 Như trong các bảng trước đó, kết quả hiển thị cho độ dẫn điện, độ đục, độ màu và COD tham khảo các nước thải sau xử lý Hàng đầu tiên tương ứng với các thí nghiệm được tiến hành mà không cần điều chỉnh pH Việc loại bỏ của màu sắc và độ đục cao nhất được lấy mà không cần điều chỉnh

pH, trong khi kết quả tốt nhất để loại bỏ COD đã thu được bằng cách điều chỉnh

độ pH khoảng 6.5 Tăng năng suất xử lý COD này là không đáng kể, đủ để chứng minh cho điều chỉnh trước của pH, đặc biệt là xem xét rằng sản lượng màu sắc và độ đục loại bỏ được cao hơn mà không cần điều chỉnh pH

Bảng 4 Loại bỏ COD, độ đục và màu sắc so với pH cho một lượng 4g PAX/L

Khối lượng bùn sinh ra là lớn hơn trong trường hợp của hai chất keo tụ phân tích khác, có được tỷ lệ bùn 60% đối với khối lượng ban đầu với sau khi lắng 24h (giá trị tương tự thu được sau khi lắng 1h) Sau khi ly tâm, theo các điều kiện tương tự như trong các thí nghiệm khác, 15% khối lượng bùn thu được đối với tổng khối lượng nước thải được xử lý với

3.2.4 So sánh kết quả với các chất keo tụ khác nhau

Bảng 5 cho thấy kết quả tốt nhất thu được cho mỗi chất keo tụ thử nghiệm Như có thể thấy, kết quả tốt nhất sử dụng ferric chloride hoặc nhôm sunfat thu được cho một pH acid tương ứng 3.8 và 6.0(sau khi xử lý pH tương ứng là 3 và 5.2) Điều này ngụ ý điều cần thiết để nâng cao độ pH của nước thải thu được sau khi xử lý này trước khi phải chịu ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa - quá trình khử nitơ, đó là một bất lợi từ các quan điểm của các ứng dụng công nghiệp

Bảng 5 Kết quả tốt nhất đạt được cho mỗi chất keo tụ thử nghiệm

Khi sử dụng nhôm polychloride, kết quả tốt nhất đạt được ở độ pH của nước rỉ rác Trong trường hợp này, việc giảm độ pH của nước thải phụ thuộc nhiều vào nồng độ áp dụng Đối với lượng 1 g/L không có nhu cầu điều chỉnh

pH trước xử lý sinh học

3.3 Hàm lượng kim loại của nước rỉ rác sau khi keo tụ

Hàm lượng kim loại đã được xác định trong một số thí nghiệm trước và sau khi tiến hành xử lý keo tụ ở mức độ cao của nhôm có thể gây độc hoặc gây

ức chế vi khuẩn Các điều kiện thí nghiệm và kết quả thu được thể hiện trong Bảng 6

Bảng 6 nồng độ kim loại trong nước thải sau khi xử lý keo tụ