Tài liệu và Đề cương - Le Vu Quoc Bao hóa lí nhóm 10 word

Tài liệu và Đề cương - Le Vu Quoc Bao hóa lí nhóm 10 word tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài t...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BÁO CÁO

XỬ LÍ NƯỚC RỈ RÁC

TRONG THÀNH PHỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP

KEO TỤ ĐiỆN HÓA

GVHD: Thầy Huỳnh Tấn Nhựt

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

DANH SÁCH NHÓM:

Ngân (59)

13149249

Mục lục:

I Lí thuyết: 2

II Giới thiệu 3

III Vật liệu và phương pháp 4

1. Mô tả bãi chôn lấp: 4

2 Phân tích 6

3 Đề án và đặc tính của lò phản ứng EC 6

IV Kết quả và thảo luận: 7

1. Ảnh hưởng của nồng độ Fe + 9

2. Ảnh hưởng của Al 3+ 12

V Kết luận 13

I Lí thuyết:

Trong nghiên cứu, xử lí nước rỉ rác trong đô thị bằng phương pháp keo tụ điện hóa là phương pháp được nghiên cứu Việc loại bỏ COD, TOC, và màu sắc của nước thải đã được điều tra thực nghiệm bằng cách sử dụng phương pháp keo tụ điện hóa Al và Fe đã được sử dụng đồng thời trong lò phản ứng làm nguyên liệu cho các điện cực ( Tỉ lệ COD, TOC và màu sắc được loại bỏ so với điện hóa tạo ra Fe2+, Al3+ được nghiên cứu, trong phương pháp này COD

đã được loại bỏ nhiều nhất) Vậy, trong phương pháp keo tụ điện hóa, khi sử dụng Fe2+ , khả năng loại bỏ tối đa dung dịch hòa tan L1 là 87%, trong khi đó thì L2 có khả năng loại 90% , khi sử dụng Al3+, đạt hiệu quả loại bỏ 77% cho

đối với L2 khoảng 99% Xử lí nước thải bằng chất keo tụ hóa học (FeSO4.7H2O và Al2SO4.18H2O) ta thấy thấp hơn điện hóa tạo ra Fe2+ và Al3+ Kết quả cho thấy keo tụ điện hóa có thể được coi như một giải pháp thay thế hiệu quả cho việc xử lí nước thải

II Giới thiệu

Trong loại bỏ chất thải rắn đã trở thành một vấn đề môi trường nghiêm trọng

do tăng dân số thế giới và những thay đổi trong thói quen tiêu dùng Trong quản lí chất thải rắn, bãi chôn lấp là một trong những phương pháp phổ biến nhất được sử dụng bởi nhiều quốc gia trên thế giới Theo tính toán thì ta thấy, 450-500 triệu tấn chất thải rắn sinh hoạt thải ra hàng năm trên thế giới Trong

đó, 320-350 tấn chất thải sinh hoạt này tương đương 70%, được lấy ra từ bãi rác Trong hoặc sau khi bãi rác hoạt động, nước thải rò rỉ ra do độ ẩm của chất thải trên vùng đó Các phản ứng hóa học và vật lí của chất thải, nước mưa và

sự gia tăng mực nước ngầm Với đặc điểm của nhu cầu oxy hóa học cao (COD), tổng cacbon hữu cơ (TOC), màu sắc và độc tính tiềm năng, nước thải trở thành một khía cạnh khác trong vấn đề chất thải rắn Thành phần của nước thải gây ô nhiễm tập trung cao phụ thuộc vào thành phần của chất thải

và tuổi của bãi chôn lấp Nói chung, các bãi chôn lấp được phân loại như sau: mới < 5 năm, trung bình 5-10 năm, lâu năm > 10 năm Sự xâm nhập của nước

thải chưa qua xử lí có thể gây ô nhiễm cả đất và nước ngầm Do đó, xử lí chất thải một cách thích hợp là một vấn đề quan trọng Kĩ thuật xử lí hiếu khí và kị khí là những phương pháp được sử dụng rộng rãi Các hệ thống này cung cấp hiệu suất cao, mặc dù có những kết quả khác nhau từ thành phần cơ bản của chất thải, và có liên quan đến tuổi các bãi chôn lấp Hiệu quả của các quá trình

xử lí được đánh giá cao bởi ảnh hưởng dòng chảy và thành phần của nước thải Tuy nhiên quá trình xử lí sinh học không đủ để loại bỏ các chất hữu cơ bền vững Đó là lí do tại sao, để xử lí nước thải , chúng ta cần các quá trình

xử lí khác nhau, nhưng được sử dụng rộng rãi nhất là quá trình hóa lí Các đặc tính của chất thải có vai trò quan trọng trong việc xác định phương pháp

xử lí Để xử lí nước thải có các quá trình như: oxy hóa nâng cao, trao đổi ion qua màng…là các phương pháp xử lí khác nhau được sử dụng để loại bỏ nitơ

và các chất hữu cơ

Thuật ngữ:

i cường độ dòng điện (mA/cm2)

Δm khối lượng kim loại hòa tan (g/L)m khối lượng kim loại hòa tan (g/L)

Một số nhà nghiên cứu đã thử tìm những phương pháp hóa lí thích hợp ( keo/ đông tụ, ozon hóa ) để xử lí nước thải hiệu quả Cũng như sử dụng hiệu quả các phương pháp xử lí chất thải

Ngoài ra, phương pháp keo tụ điện hóa để quá trình xử lí nước thải hiệu quả

là một loại của quá trình điện hóa mà nó đã thu hút được nhiều sự quan tâm, được xem xét trong nghiên cứu này công nghệ điện hóa trở thành 1 bước không thể thiếu để xử lí chất gây ô nhiễm Đặc biệt, nó được sử dụng có hiệu quả trong công nghiệp phát dệt, thực phẩm, kim loại và mạ điện, ngành công nghiệp, hóa dầu

Quá trình điện hóa được cho là phương pháp có góc nhìn rộng Đây được xem là công nghệ sẽ được sử dụng rộng rãi để xử lí nước và nước thải, do vậy đặc trưng của nó là ít nhu cầu thiết bị, trong thời gian ngắn, không cần hóa chất và hình thành bùn ít là kết quả của tất cả quá trình này Bên cạnh tất

cả các lợi thế, phương pháp có một số hạn chế như nơi tiêu thụ điện và chi phí hoạt động cao, thường tốn kém

Trong nghiên cứu, xử lí nước thải tạo ra từ “ Bãi chôn lấp chứa rác thải sinh hoạt và công nghiệp tại Izmit “ bằng phương pháp keo tụ điện hóa được thảo

luận Trong nhà máy, 6 khu được ngăn cách đối với nước thải rắn trong nước

và chỉ có một trong số đó đã chứa đủ các loại rác, nghiên cứu được thực hiện đối với nước thải được tập trung từ rất nhiều nơi hoạt động lưu trữ vẫn còn tiếp tục

Trước hết, các đặc điểm chung của các nước thải tập trung từ nước rỉ rác và được phân tích và xử lí hiệu quả bởi người hướng dẫn trong quá trình keo tụ điện hóa trong lò phản ứng, đối với COD, TOC và các thông số màu sắc được tìm kiếm Và kết quả, thu được từ phương pháp keo tụ điện hóa đã được so sánh kết quả với kết quả của quá trình mới, tức là quá trinh keo tụ điện hóa được xác định

III Vật liệu và phương pháp

1 Mô tả bãi chôn lấp:

Nghiên cứu được thực hiện tại bãi rác chứa chất thải sinh hoạt và công nghiệp tại Izmit, nằm ở làng Solaklar, 15km đi từ hướng Tây của Izmit Những đặc thù chung của vùng Marmara là có ưu thế trong vùng Trong khi mùa thu và mùa xuân là mùa mưa, mưa lớn vào mùa đông Hàng năm, nhiệt độ trung bình là 14.70C và lượng mưa là 1876.6mm Các bãi chôn lấp được xác định trên tổng diện tích là 800000m2 của Kocaeli Khoảng 31,841m2 được sử dụng để phân hủy chất thải bình thường và chất thải nguy hại của thực vật Khoảng 362,557m2 được tách ra cho việc lưu trữ chất thải rắn sinh hoạt và công nghiệp các bãi chôn lấp được thiết kế để sử dụng từ 25-30 năm Tổng cộng

có 7 khu có kích thước khác nhau với tổng sức chứa là 4,132,912 triệu m3 Diện tích và khối lượng của từng khu vực thể hiện trong bảng 1

Một trong bảy khu được sử dụng để xử lí bùn lắng và chất thải nguy hại, trong những khu khác có 264,392m2 thì được sử dụng cho chất thải rắn sinh hoạt Lớp thấm của các khu vực được thiết kế với phương diện liên quan đến các chỉ dẫn Các hoạt động lưu trữ được hoàn thành từ 1 trong 7 khu Bây giờ, các hoạt động lưu trữ vẫn còn xảy ra trong khu thứ 5, và nước thải được sử dụng trong nghiên cứu này là được tập trung từ khu này Nước rỉ rác hình thành trong khu và được tập trung với mức độ cao polyethylene (HDPE) đường ống

và sự chuyển giao cho người quản lí

Xử lí chất thải rắn sinh hoạt, bùn trong nước và các chất thải công nghiệp có thể lưu trữ với chất thải sinh hoạt, được chấp nhận tại nơi có chất thải rắn sinh hoạt Hàng ngày, lượng chất thải rắn đi vào nhà máy xấp xỉ 500 tấn Giá trị tỏa nhiệt của chất thải rắn tại đây thay đổi từ 950-1300 Kcal/kg Thành phần, số lượng và tỉ lệ phần trăm chất thải rắn lưu trữ được đưa ra trong bảng 2, và số lượng các chất thải rắn được lưu trữ trong nhà máy được trình bày trong bảng 3

Trong nghiên cứu, để xử lí hiệu quả nước rỉ rác từ chất thải sinh hoạt “ Bãi chôn lấp chứa rác thải sinh hoạt và công nghiệp tại Izmit “ thì được phân tích liên quan đến hóa chất và phương pháp keo tụ điện hóa Các giá trị đặc trưng chính xác của nước rỉ rác được báo cáo trong bảng 4

Bảng 1: diện tích và sức chứa của các bãi chôn lấp chất thải rắn ở đô thị

Bảng 2: Thành phần của chất thải rắn ở thành phố Kocaeli

Bảng 3: Lắng đọng hàng năm tại các bãi chôn lấp

Bảng 4 : Đặc tính hóa học của chất thải tại bãi chôn lấp đang hoạt động

Một phần của nghiên cứu này, trong bài báo cáo đã điều tra hiệu quả của quá trình keo tụ điện hóa để loại bỏ COD, TOC và màu sắc các thông số trong nước rỉ rác của đô thị Với mục đích này, trong keo tụ điện hóa Fe, Al là điện cực ( muối của các kim loại FeSO4.7H2O và Al2(SO4)3 ) được sử dụng

2 Phân tích

Phân tích COD được thực hiện trong lò phản ứng (VELP-ECO16) nhiệt bằng cách sử dụng 5220C đóng trào ngược phương pháp chuẩn độ Phương pháp quang phổ được sử dụng để xác định màu sắc Phân tích màu sắc trong fotometer (MERCK-SQ118) Ngoài ra, pH-meter ( SOLOMAT-520C ) được sử dụng để do độ pH, điều chình pH đã được thực hiện bằng cách sử dụng 0.1N

H2SO4 , 0.1N NaOH

3 Đề án và đặc tính của lò phản ứng EC

Các lò phản ứng trong phòng thí nghiệm quy mô ( 16cm×15cm×20cm, 2L) được sử dụng trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm (hình 1) Hai nhóm điện xoay chiều là cực âm và cực dương ( 1 trong 7 loại ) được bố trí theo chiều dọc Khoảng cách giữa một anot và một catot là 3mm

Fe/Al đã được sử dụng trong quá trình EC làm nguyên liệu cho cực dương/ cực âm hoặc ngược lại Trước khi thí nghiệm, điện cực được nhúng trong HCl 1% trong 8h

Như đã thấy ở hình 1: quá trình xử lí nước thải được chia thành 2 bước Đầu tiên, chuẩn bị đông tụ diễn ra trong lò phản ứng 1 Sau đó, các giải pháp thu được trộn với nước thải trong lò phản ứng 2 cho quá trình lắng xảy ra Thời gian điện phân tế bào trong keo tụ điện hóa cần 5,10 và 15 phút tùy và các giá trị khác nhau của cường độ dòng điện (CD)

Để có được ion Fe2+ và Al3+ trong lò phản ứng 1, pH đã được điều chỉnh cho

ổn định (pH= 3) Độ pH thấp làm thúc đẩy quá trình điện phân kim loại Điều này cũng làm ngăn ngừa các điện cực bị đông sớm Trong lò phản ứng 2, sự cần thiết là giải pháp làm cho pH được tổ chức lên từ hidroxit Fe2+ ( pH khoảng 8.5-9) và Al3+ ( pH 6.5-7) lắng đọng Nhiệt độ (21-220C) đã ổn định trong thời gian thí nghiệm

Hình 1: lò phản ứng keo tụ điện hóa được sử dụng trong phòng thí nghiệm

IV Kết quả và thảo luận:

Hòa tan kim loại là phản ứng phức tạp liên quan đến quá trình điện hóa Trong

lò phản ứng 1, 1 điện cực ( anot và catot) có thể phân hủy trong điều kiện có axit Một nghiên cứu sơ bộ về khả năng của lò phản ứng 1, để nhận được Fe2+

và Al3+ đã được thực hiện

Sự phụ thuộc giữa số lượng các kim loại hòa tan (m/GL) và cường độ dòng điện (i/ mA/cm2) theo giá trị khác nhau của thời gian ( từ 5- 15 phút) của chất điện phân trong bộ lọc của lò phản ứng ( RC ) là một đường thẳng Vì vậy, đối với sự khác nhau của cường độ dòng điện, người ta có thể tính toán khối lượng của Fe và Al hòa tan từ dữ liệu thực nghiệm

Bảng 5: Các phương trình tuyến tính [(∆m/gL)=a + b × I (mA/cm2)] các thông

số khác nhau cho giá trị của CD(i) và thời gian (t) của chất điện phân trong quá trình lọc EC ( trong lò phản ứng 1)

Anot là Fe

Anot là Al

Những tính toán này đã được sử dụng để tính toán sơ bộ số lượng các ion kim loại trong dung dịch và để so sánh quá trình keo tụ điện hóa và quá trình điện hóa Cường độ dòng điện của anot đối lưu cho Al là trong phạm vi 2-15

điện (i) có giá trị lớn hơn 12mA/cm2 Đây là nguyên nhân gây ra sự thụ động của anot (Fe)

Như đã thấy từ hình 1, nước thải đi đến lò phản ứng keo tụ điện hóa.( nó đi vào giữa các điện cực nhôm/sắt) và làm tăng lượng ion Al3+/Fe2+, đi vào lò thứ

2, nơi đông tụ của Al(OH)3/Fe(OH)2 diễn ra, ( pH 6.5-7 cho các ion Al3+, và 8.5-9 cho các ion Fe2+) Trong quá trình keo tụ điện hóa, sự hấp thụ kim loại của các hidroxit kim loại được hình thành là rất cao, các hạt đã keo tụ thu hút

và hấp thụ các hạt vi keo và các ion từ nước thải

Các cơ chế của phản ứng, xảy đã được nghiên cứu rộng rải ở nhiều nơi Khi dòng điện 1 chiều đi qua, các điện cực, các ion kim loại hòa tan phản ứng với

OH- trong nước Các hidroxit kim loại có thể hòa tan một phần trong nước được thành lập theo pH thích hợp Giai đoạn này kết thúc sự hình thành các hạt keo

Hidroxit tạo thành hạt nhân của các hạt keo và sự hấp thụ các cation và anion đang được hình thành xung quanh nhân Vì vậy, hạt nhân và lớp hấp thụ tạo thành điện tích dương cho hạt keo Xảy ra lớp khuếch tán xung quanh các hạt

và hạt trở thành trung tính Các nhóm hidroxit kim loại được hình thành trong quá trình keo tụ điện hóa có khả năng hấp thụ cao Một số phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực và trong nước thải số lượng lớn, được thể hiện dưới đây:

Phản ứng của Fe trên anot

Fe – 2e- - Fe2+

Fe2+ + OH- - Fe(OH)+

Fe(OH)+ + OH- - Fe(OH)2

Fe(OH)2 ( giải pháp ) - Fe(OH)+ + OH

-Phản ứng của Al trên anot

Al – 3e- - Al3+

Al3+ + H2O - Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O - Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O - Al(OH)3 + H+

Al(OH)3 + H2O - Al(OH)4- + H+

Ở anot :

M - Mn+ + ne

-2H2O + 2e-  4H+ + 4e

-Ở catot:

Mn+ + ne-  M

2H2O + 2e-  H2 + 2OH

-Trong quá trình nghiên cứu, ở 2 loại nước rỉ rác có nồng độ khác nhau được thực hiện dưới trời mưa hay có tuyết rơi Loại đầu tiên tương ứng với nước được pha 1:2 , và loại 2 là là loại tự nhiên của nước thải diễn ra

Hình2: cho thấy khả năng loại bỏ COD, TOC và màu sắc đối với lượng Fe2+

Hình 3: phần trăm của COD, TOC và màu sắc loại bỏ so với hóa học tạo ra

Fe2+ (FeSO4), lượng dung dịch (a) là 50% (L1), (b) dung dịch ban đầu (L2)

Lượng Fe2+ lên đến một mức độ nhất định, việc loại bỏ COD, TOC và màu sắc tăng lên Như đã thấy từ hình 2, loại bỏ hiệu quả nhất là thông số COD Vì vậy, việc loại bỏ tối đa 87% cho giải pháp pha loãng 1:2 (L1) Trong khi đối với

giải pháp ban đầu (L2) là 90% Loại bỏ màu cao được quan sát cho L1 (86%) trong khi L2 là khoảng 99% Đối với cả hai giải pháp chỉ số TOC là trong khoảng 58-68%

Loại bỏ các chỉ số để xử lí nước thải bằng các chất keo tụ hóa học( FeSO4.7H2O) dường như là thấp hơn so với điện hóa để tạo ra Fe2+ (hình 3) Như vậy, loại bỏ chỉ số COD là 78% cho L1 và 56% cho L2 Đối với 2 tham

số còn lại (TOC va màu sắc) nó cũng thấp hơn so với giá trị tương ứng của nó cho quá trình keo tụ điện hóa

Kết quả trên nói lên khả năng hấp thụ cao hơn của quá trình điện tạo Fe2+ hơn của Fe(OH)2, mà nó được lấy từ FeSO4 bằng cách thủy phân

Theo kinh nghiệm cho thấy, sự phát triển, sự phát triển của CD đến 1 mức độ nhất định thúc đẩy làm tăng các hoạt động hấp thụ hidroxit

Như trong trường hợp của điện cực Fe, Al3+ đã được tạo ra trong pin điện phân đã được thêm vào lò phản ứng với các chất kết tủa được pha trộn với

nghiên cứu, cụ thể là L1 được pha loãng 1:2 và L2 là nước thải tập trung ban đầu Đối với các thông số cần loại bỏ trong nước thải( COD, TOC, màu sắc) các kết quả trên phụ thuộc vào lượng AL3+ Được thể hiện trong hình 4 và 5

Hình 4: thành phần COD, TOC và màu sắc được loại bỏ so với điện hóa tạo

ra lượng (a) dung dịch 50% (L1) , (b) dung dịch ban đầu (L2)

Như đã thấy từ hình 4 , ở giai đoạn đầu tiên ( lượng Al là 0.12g/L) tỉ lệ xử lí

0.3g/L ) vì vậy nên cho hiệu quả xử lí tối đa Như COD, hiệu quả loại bỏ là 75% cho L1 và 86% cho L2 Sau này, việc loại bỏ thể tích, thay đổi không lớn nồng độ ( lượng Al3+ tăng đến 0.34g/L )

Theo ta thấy, kết quả có hiệu quả cao để loại bỏ màu sắc Do đó, bởi lượng

Al3+ bằng 0,26 g/L , nên việc loại bỏ màu sắc đạt giá trị 98% cho L2 Mặt khác, kết quả cho thấy Fe2+ không có hiệu quả trong việc loại bỏ TOC Việc loại bỏ TOC có hiệu quả tối đa là 78% cho L1 và 65% cho L2 bởi lượng tối đa Al3+ là 0.34g/L

Để so sánh các quá trình keo tụ điện hóa ( bởi nồng độ tương tự của Al3+)

Al2(SO4)3 đã được chuẩn bị và quá trình làm sạch nước thải đã được nghiên cứu Hình 5, trình bày đồ thị kết quả, nơi xử lí hiệu quả nước thải thông