Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp fenton truyền thống và fenton cải biên

Tài liệu Xử lý chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp fent tổng hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ học tập ngành

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Thùy
• Người hướng dẫn: Th.S Võ Hồng Thi
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp Fenton truyền thống và cải biên
• Loại tài liệu: Báo cáo tốt nghiệp

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
• 1. Ý nghĩa khoa học
• 2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN
• 1.1. THÀNH PHẦN NƯỚC RỈ RÁC
• 1.1.1. Thành phần nước rỉ rác trên thế giới
• 1.1.2. Thành phần nước rỉ rác Việt Nam
• 1.1.3. Tính chất nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp
• 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
• 1.2.1. Phương pháp xử lý cơ học
• 1.2.2. Phương pháp xử lý hóa – lý
• 1.2.3. Phương pháp xử lý sinh học
• 1.2.4. Phương pháp xử lý hoá học

Tóm tắt

I. Xử lý chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác

Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải biên. Chất hữu cơ khó phân hủy là một trong những thách thức lớn trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp. Phương pháp Fenton được chọn vì khả năng oxy hóa mạnh, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn. Nghiên cứu này nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả, chi phí thấp và dễ áp dụng trong thực tế.

1.1. Đặc điểm của nước rỉ rác

Nước rỉ rác là loại nước thải đặc biệt, chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy như lignin, axit humic và các hợp chất chứa nitơ. Thành phần của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian vận hành bãi chôn lấp, với nồng độ COD, BOD và amoni tăng dần. Điều này gây khó khăn cho các phương pháp xử lý sinh học truyền thống. Nghiên cứu chỉ ra rằng, phương pháp Fenton có thể khắc phục hạn chế này bằng cách oxy hóa triệt để các chất hữu cơ phức tạp.

1.2. Phương pháp Fenton truyền thống

Phương pháp Fenton truyền thống sử dụng phản ứng giữa H2O2 và Fe2+ để tạo ra gốc hydroxyl (•OH), có khả năng oxy hóa mạnh. Phương pháp này đã được chứng minh hiệu quả trong việc xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy nhiên, nó còn tồn tại một số hạn chế như chi phí hóa chất cao và phụ thuộc vào điều kiện pH. Nghiên cứu này tập trung tối ưu hóa các thông số vận hành để nâng cao hiệu quả xử lý.

II. Phương pháp Fenton cải biên

Phương pháp Fenton cải biên được đề xuất nhằm khắc phục những hạn chế của Fenton truyền thống. Bằng cách sử dụng các chất xúc tác thay thế hoặc kết hợp với các quá trình khác, phương pháp này hứa hẹn mang lại hiệu quả xử lý cao hơn, chi phí thấp hơn và dễ dàng áp dụng trong thực tế. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của Fenton cải biên trong việc xử lý nước rỉ rác và so sánh với Fenton truyền thống.

2.1. Cải tiến phương pháp Fenton

Cải tiến phương pháp Fenton bao gồm việc sử dụng các chất xúc tác như Fe3+ hoặc kết hợp với quá trình quang hóa để tăng hiệu suất tạo gốc hydroxyl. Nghiên cứu chỉ ra rằng, Fenton cải biên có thể giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và tăng hiệu quả xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước rỉ rác với chi phí thấp và thân thiện với môi trường.

2.2. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp Fenton cải biên trên mẫu nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Phước Hiệp. Kết quả cho thấy, phương pháp này đạt hiệu quả xử lý COD lên đến 90%, đồng thời giảm đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm khác như amoni và kim loại nặng. Điều này chứng minh tiềm năng ứng dụng rộng rãi của Fenton cải biên trong xử lý nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp ở Việt Nam.

III. Ý nghĩa và ứng dụng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn. Việc áp dụng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải biên trong xử lý nước rỉ rác giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải khó phân hủy gây ra. Đồng thời, nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý nước thải hiệu quả hơn.

3.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu bổ sung thêm dữ liệu về hiệu quả của phương pháp Fenton trong việc xử lý chất hữu cơ khó phân hủy. Đồng thời, nó mở ra hướng nghiên cứu mới về cải tiến phương pháp Fenton để tối ưu hóa hiệu suất xử lý và giảm chi phí vận hành.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu cung cấp giải pháp hiệu quả và kinh tế cho việc xử lý nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp. Việc áp dụng phương pháp Fenton cải biên không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN 1.1 THÀNH PHẦN NƯỚC RỈ RÁC 1.1 Thành phần nước rỉ rác trên thế giới Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có thể được định nghĩa là chất lỏng thấm qua các lớp chất thải rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng (Tchobanoglous et al. Trong hầu hết các bãi chôn lấp nước rỉ rác bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các nguồn bên ngoài, như nước mặt, nước mưa, nước ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình phân hủy các chất thải. Đặc tính của chất thải phụ thuộc vào nhiều hệ số. Mặc dù mỗi quốc gia có quy trình vận hành bãi chôn lấp khác nhau, nhưng nhìn chung thành phần nước rỉ rác chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chính như sau: - Chất thải được đưa vào chôn lấp: loại chất thải, thành phần chất thải và tỷ trọng chất thải; - Quy trình vận hành BCL: quá trình xử lý sơ bộ và chiều sâu chôn lấp; - Thời gian vận hành bãi chôn lấp; - Điều kiện khí hậu: độ ẩm và nhiệt độ không khí; - Điều kiện quản lý chất thải.

Các yếu tố trên ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành bãi chôn lấp, yếu tố này sẽ quyết định được tính chất nước rỉ rác chẳng hạn như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học nhiều hay ít, hợp chất chứa nitơ sẽ thay đổi cấu trúc. Thành phần đặc trưng của nước rỉ rác ở một số nước trên thế giới được trình bày cụ thể trong Bảng 1. SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 4 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.1 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới Colombia(ii) Canada(ii) Đức (iv) Thành Phần Đơn Vị Pereira (5 năm Clover Bar (Vận BCL CTR vận hành) hành từ năm 1975) đô thị pH - 7.3 - COD mgO2/l 4350 – 65000 1090 2500 BOD mgO2/l 1560 – 48000 39 230 NH4 mg/L 200 – 3800 455 1100 TKN mg/L - - 920 Chất rắn tổng mg/L 7990 – 89100 - - cộng Chất rắn lơ lửng mg/L 190 – 27800 - - Tổng chất rắn hoà mg /L 7800 – 61300 - - tan Tổng phosphate mg/L 2 – 35 - - (PO4) Độ kiềm tổng mgCaCO3/L 3050 – 8540 4030 - Ca mg/L - - 200 Mg mg/L - - 150 Na mg/L - - 1150 Nguồn: (i): Lee & Jone, 1993 (ii): Diego Paredes, 2003 (iii): F. Wang et al., 2004 (iv): KRUSE, 1994 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 5 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á Thái Lan Hàn Quốc Thành Phần Đơn Vị BCL pathumthani Sukdowop NRR 1 Sukdowop NRR năm 12 năm pH - 7.2 Độ dẫn điện µS/cm 19400 – 23900 COD mgO2/L 4119 – 4480 12500 2000 BOD5 mgO2/L 750 – 850 7000 500 SS mg/L 141 – 410 400 20 IS mg/L 10588 – 14373 - - N-NH3 mg/L 1764 – 2128 200 1800 N-Org mg/L 300 – 600 - - Phospho tổng mg/L 25 – 34 - - - Cl mg/L 3200 – 3700 4500 4500 Zn mg/L 0.267 - - Cd mg/L - - - Pd mg/L 0.657 - - Độ kiềm mgCaCO3/L - 2000 10000 VFA mg/L 56 – 2518 - - ( Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 2002) Tuy đặc điểm và công nghệ vận hành bãi chôn lấp khác nhau ở mỗi khu vực nhưng nước rỉ rác nhìn chung đều có tính chất giống nhau là có nồng độ COD, BOD 5 cao (có thể lên đến hàng chục ngàn mgO2/L) đối với nước rỉ rác mới.

Từ các số liệu thống kê trên cho thấy, trong khi giá trị pH của nước rỉ rác tăng theo thời gian, thì hầu hết nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác lại giảm dần, ngoại trừ NH 3 trung bình khoảng 1800mg/L. Nồng độ các kim loại hầu như rất thấp, ngoại trừ sắt. Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, dễ phân hủy trong giai đoạn đầu vận hành BCL và khó phân hủy khi BCL đi vào giai đoạn hoạt động ổn định. Sự thay đổi này có thể được biểu thị qua tỷ lệ BOD 5/COD, trong thời gian đầu tỷ lệ này có thể lên đến 80%, với tỷ lệ BOD 5/COD lớn hơn 0.4 chứng tỏ SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 6 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI các chất hữu cơ trong nước rỉ rác có khả năng phân hủy sinh học, còn đối với các bãi chôn lấp cũ tỷ lệ này thường rất thấp nằm trong khoảng 0.2; tỷ lệ thấp như vậy do nước rỉ rác cũ chứa các hợp chất lignin, axít humic và axít fulvic là những chất khó phân hủy sinh học.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có 2 BCL chất thải rắn sinh hoạt hợp vệ sinh đang hoạt động là BCL Đa Phước và Phước Hiệp.

Mặc dù các BCL đều có thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rác nhưng công suất của các hệ thống này hầu như không xử lý hết lượng nước rỉ rác phát sinh ra hằng ngày tại BCL, do đó phần lớn các hồ chứa nước rỉ rác ở các BCL hiện nay đều trong tình trạng đầy ứ và việc tiếp nhận nước rỉ rác thêm nữa là điều rất khó khăn. Thậm chí còn có trường hợp phải sử dụng xe bồn để chở nước rỉ rác sang nơi khác xử lý hoặc có nơi phải xây dựng thêm hồ chứa để giải quyết một cách tạm thời tình trạng ứ đọng nước rỉ rác. Ngoài ra, việc vận hành BCL chưa đúng với thiết kế, hoạt động quá tải của BCL, và các sự cố xảy ra trong quá trình vận hành (trượt đất, hệ thống ống thu nước rỉ rác bị nghẹt, …) còn khiến cho thành phần nước rỉ rác thay đổi rất lớn gây ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả xử lý nước rỉ rác. Nước rỉ rác phát sinh từ hoạt động của BCL là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đến môi trường.

Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, nước rỉ rác có thể ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong đó rất cao và lưu lượng đáng kể. Cũng như nhiều loại nước thải khác, thành phần (pH, độ kiềm, COD, BOD, NH3, SO4,.) và tính chất (khả năng phân hủy sinh học hiếu khí, kị khí,.) của nước rỉ rác phát sinh từ các bãi chôn lấp là một trong những thông số quan trọng dùng để xác định công nghệ xử lý, tính toán thiết kế các công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị, xác định liều lượng hoá chất tối ưu và xây dựng qui trình vận hành thích hợp. Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại thành phố Hồ Chí Minh được trình bày trong Bảng 1.3 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 7 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại Thành phố Hồ Chí Minh CHỈ TIÊU Gò Cát Phước Hiệp Đông Thạnh ĐƠN VỊ Thời gian NRR mới NRR cũ NRR mới NRR cũ NRR mới NRR cũ lấy mẫu 2,3,4/2002 8/2006 1,4/2003 4/03 – 2,4/2002 8,11/2003 8/06 pH - 4.2 TDS mg/L 7300 – 9800 – 18260 – 6500 – 10950 – 9100 – 12200 16100 20700 8470 15800 11100 Độ cứng mgCaCO3 5833 – 590 5733 – - 1533 – 1520 – tổng /L 9667 8100 8400 1860 Ca2+ mg/L 1670 – 40 – 165 2031 – 110 – 1122 – 100 – 190 2740 2191 6570 11840 SS mg/L 1760 – 90 – 790 – - 1280 – 169 – 240 4310 4000 6700 3270 VSS mg/L 1120 – - - - - - 3190 COD mgO2/L 39614 – 2950 – 24000 – 1510 – 38533 – 916 – 59750 7000 57300 4520 65333 1702 BOD mgO2/L 30000 – 1010 – 18000 – 240 – 33570 – 235 – 735 48000 1430 48500 2.120 56250 VFA mg/L 21878 – - 16777 - - - 25182 N-NH3 mg/L 297 – 790 1360 – 760 – 1590 – 1245 – 520 - 785 1720 1550 2190 1765 N-hữu cơ mg/L 336 – 678 - 252 – 400 110 – 202 – 319 - 159 SO4 mg/L 1600 – - 2300 – - - 30 – 45 2340 2560 Humic mg/L - 297 – 250 – 350 767 – - 275 – 375 359 1150 Lignin mg/L - 52 – 86 - 74.2 – SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 8 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.5 Khoáng H2S mg/L 106 - 4.60 Phospho mg/L 55 – 90 14 – 55 5 – 30 7 – 20 14 – 42 11 - 18 tổng Tetrachlor mg/L - - KPH KPH KPH KPH ethylen Trichloret mg/L - KPH KPH KPH KPH KPH hylen Mg2+ mg/L 404 – 687 119 - - 259 – 265 373 Fe tổng mg/L 204 – 208 13.1 Cr Tổng mg/L 0.05 KPH KPH - KPH 0 – 0.022 Sn mg/L - - KPH - - 2.5 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 9 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI (Nguồn: CENTENMA, 2002) Số liệu phân tích thành phần nước rỉ rác cho thấy nước rỉ rác mới tại 3 BCL đều có tính chất giống nhau là có nồng độ COD cao có thể lên đến trên 50000 mO 2/L, tỉ lệ BOD5/COD cao trong khoảng 0.9; nồng độ NH 3 không cao và giá trị pH thấp. Tuy nhiên, chỉ sau một thời gian ngắn vận hành nồng độ COD, BOD giảm rất đáng kể, tỉ lệ BOD5/COD thấp, nồng độ NH4+ tăng lên đáng kể và giá trị pH tăng.

Kết quả phân tích cũng cho thấy sự khác biệt giữa thành phần nước rỉ rác tại hai BCL Đa Phước và Phước Hiệp, sau hơn 5 năm vận hành BCL Đa Phước nồng độ COD trong nước rỉ rác vẫn còn khá cao, trung bình dao động trong khoảng 20000 – 25000mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD dao động trong khoảng 0.50; với nồng độ NH 3 cao nhất lên đến > 2000mg/l, giá trị pH lớn hơn 7. Trong khi đó BCL Phước Hiệp hoàn toàn khác biệt, chỉ sau gần một năm vận hành nồng độ COD giảm còn rất thấp trung bình dao động trong khoảng 2000 – 3000 mgO2/L, cao nhất đạt đến 6000 mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD thấp dao động trong khoảng 0.30, nồng độ NH 3 tăng lên trên 1000mg/L theo thời gian vận hành và giá trị pH lớn 8. Giải thích sự khác biệt số liệu giữa hai BCL là do qui trình vận hành của mỗi BCL và hệ thống thu gom nước rỉ rác ở BCL Phước Hiệp và BCL Đa Phước cũng khác nhau nên dẫn đến thành phần các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác ở 2 BCL cũng khác nhau.