Nghiên cứu xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm (2017)

71 83 1
Nghiên cứu xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm (2017)

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ===o0o=== HẦU THỊ VÂN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HĨA ĐIỆN CỰC NHƠM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa Cơng Nghệ - Mơi trường Người hướng dẫn khoa học ThS Lê Cao Khải HÀ NỘI, 2017 LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội trang bị cho em nhiều kiến thức chuyên sâu lĩnh vực mơi trường tạo điều kiện giúp em trình học tập hồn thành khóa luận Em xin gửi lời cám ơn đến thầy giáoThS Lê Cao Khải, người trực tiếp hướng dẫn em hồn thành khóa luận kịp tiến độ Trong thời gian làm việc với thầy, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu Xin cảm ơn TS Lê Thanh Sơn anh chị Phòng Cơng nghệ Hố lý Mơi trường thuộc Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực tập tốt nghiệp vừa qua để sẵn sàng kiến thức hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Cuối xin bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình, tất bạn bè, đặc biệt người bạn làm nghiên cứu em học kỳ này, trao đổi kiến thức giúp đỡ lẫn suốt thời gian thực đề tài X i n c h â n t h n h c ả m n ! V â n H N ộ i , t h n g n ă m S i n h v i ê n H ầ u T h ị DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT DO Lượng oxi hòa tan nước (Dissolved Oxygen) COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxygen Demand) BOD Nhu cầu oxi sinh học (Biochemical Oxygen Demand) SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam BCL Bãi chôn lấp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Thành phần tính chất nước rác bãi chơn lấp lâu năm Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác số quốc gia giới Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác nước rỉ rác cũ Bảng 3.1 Điện tiêu thụ trình xử lý COD khoảng cách điện cực khác 37 Bảng 3.2 Điện tiêu thụ trình xử lý COD nước rỉ rác điện cực nhôm 39 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ 15 Hình 2.1 Bể keo tụ điện hóa 21 Hình 2.2 Điện cực nhơm 22 Hình 2.3 Nguồn chiều (Programmable PFC D.C.Supply 40V/30A, VSP 4030, BK Precision) 22 Hình 2.4 Mấy khuấy từ gia nhiệt 23 Hình 2.5 Kẹp điện cực 23 Hình 2.6 Hệ thí nghiệm bắt đầu điện phân 23 Hình 2.7 Hiện tượng diễn sau 10 phút 24 Hình 2.8 Hiện tượng diễn sau 30 phút điện phân 24 Hình 2.9 Hiện tượng xảy sau khoảng 60 phút điện phân 25 Hình 3.1 Ảnh hưởng cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD 33 Hình 3.2 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD 35 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý COD 36 Hình 3.4 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực tới điện tiêu thụ điện 38 Hình 3.5 Ảnh hưởng cường độ dòng điện tới khả tiêu thụ điện 39 MỤC LỤC Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước rỉ rác 1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác 1.1.2 Đặc điểm nước rỉ rác 1.1.3 Ảnh hưởng nước rỉ rác đến môi trường sức khỏe người 1.1.4 Các cơng trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác nước 11 1.2 Giới thiệu COD 13 1.2.1 Khái niệm COD 13 1.2.2 Ý nghĩa giá trị COD 14 1.3 Tổng quan công hệ keo tụ điện hóa 14 1.3.1 Giới thiệu phương pháp keo tụ điện hóa điện cực Nhơm 14 1.3.2 Cấu tạo ngun tắc hoạt động bể keo tụ điện hóa điện cực Nhôm 15 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế vận hành bể keo tụ điện hóa điện cực Nhơm 17 1.3.4 Ưu điểm phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhơm 17 1.3.5 Ứng dụng keo tụ điện hóa xử lý môi trường 18 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 21 2.1 Đối tượng nghiên cứu 21 2.2 Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa điện cực Nhơm 21 2.3 Các nội dung nghiên cứu 25 2.4 Phương pháp phân tích 26 2.4.1 Phương pháp xác định COD phương pháp bicromat (K2Cr2O7) 26 12 2.4.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị thí nghiệm 27 2.4.3 Cách tiến hành thí nghiệm 30 2.4.4 Tính kết 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Ảnh hưởng cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD 33 3.2 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD 34 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD 36 3.4 Điện tiêu thụ 37 3.4.1 Điện tiêu thụ khoảng cách điện cực khác 37 3.4.2 Điện tiêu thụ cường độ dòng điện khác 38 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 12 12 MỞ ĐẦU ➢ Tính cấp thiết đề tài Nước ta mạnh mẽ bước vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa Bên cạnh phát triển vượt bậc kinh tế nói chung cơng nghiêp hóa nói riêng vấn đề rác thải mối nguy nghiêm trọng đáng lo ngại, đe dọa đến phát triển bền vững Lượng chất thải rắn ngày tăng, mức độ ô nhiễm ngày nghiêm trọng Trong chất thải rắn có thành phần, tính chất phức tạp gây nhiễm mơi trường đất, nước, khơng khí xung quanh khu vực nước thải, đặc biệt nước rỉ rác phát sinh từ bãi chôn lấp có nồng độ chất nhiễm cao Các bãi chôn lấp chất thải rắn Việt Nam phát sinh lượng nước rỉ rác lớn trình phân hủy rác, chất hữu có rác thải, nước rỉ rác chứa loại chất hữu độc hại cao khó phân hủy sinh học Nếu khơng xử lý tốt, nước rỉ rác ngấm vào nước mặt, nước ngầm, gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng Hiện có nhiều nghiên cứu phương pháp xử lý cơng trình xử lý nước rỉ rác việc ứng dụng vào thực tế hạn chế Một số phương pháp xử lý phương pháp “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác cơng nghệ keo tụ điện hóa’’là phương pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí thân thiện với mơi trường Do em chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý COD nước rỉ rác phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhơm” Mục đích đề tài - Nắm bắt cơng nghệ keo tụ điện hóa xử lý nước thải - Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dòng điện, thời gian, ảnh hưởng pH khoảng cách điện cực đến trình xử lý COD phương pháp keo tụ điện hóa Từ lựa chọn tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến q trình keo tụ điện hóa 12 50 45 Hiệu suất (%) 40 35 30 25 t=60 20 15 10 0 Khoảng cách điện cực (cm) Hình 3.2 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.2 cho thấy hiệu suất xử lý COD giảm dần khoảng cách điện cực tăng dần Và hiệu suất đạt cao 45,16% khoảng cách điện cực 1cm Ta giải thích sau: Khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng dung dịch nước rỉ rác dẫn điện kém, điện tăng dần theo khoảng cách điện cực dẫn đến têu hao lương Sự thủy phân ion nhôm (Al3+) điện cực dương kết hợp với ion hydroxyl (OH-) điện cực âm để tạo thành phân tử keo tụ Al(OH)3 xảy theo chuỗi phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng khoảng cách xa khả kết hợp hai ion khó, dẫn đến hiệu suất xử lý COD Vì ta chọn khoảng cách điện cực nhôm tối ưu để xử lý nước rỉ rác 1cm để keo nhôm sinh phân tán đồng giảm têu hao lượng 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD Hiệu suất xử lý COD với thời gian 60 phút cường độ dòng điện I = 3A pH khác thể hình 3.3 70 Hiệu suất (%) 60 50 40 30 t=60 20 10 0 pH 10 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý COD Trên hình 3.3 ta nhận thấy, pH dao động khoảng từ - hiệu suất xử lý tăng dần Ở pH = hiệu suất xử lý đạt 29,17% với pH = hiệu suất đạt cao 59,09% Khi qua ngưỡng hiệu suất xử lý giảm dần Và ta thấy hiệu suất xử lý đạt cao khoảng pH= - Có thể giải thích điều sau: Khi q trình điện phân diễn điện cực dương nhơm (Al) phân li thành ion Al3+, sau ion bị thủy phân thành Al(OH)3 Al3++ 3H2O → Al(OH)3 ↓ + 3H+ Al(OH)3 nhân tố định đến hiệu keo tụ tạo thành - pH thấp: AlO2- tạo thành muối, phản ứng (1) không xảy (1) - pH cao: có xu hướng chống lại không tạo kết tủa Al mà tạo muối AlO2Chính pH < khơng xảy q trình phản ứng để tạo Al(OH)3 pH > làm cho kết tủa Al(OH)3 hiệu keo tụ bị giảm Cho nên hiệu suất xử lý đạt cao khoảng pH = - 7, mặt khác pH = hiệu suất xử lý cao 59,09% Như lựa chon pH = để điều kiện tối ưu cho hệ thống keo tụ điện hóa điện cực nhơm để áp dụng xử lý COD nước rỉ rác 3.4 Điện tiêu thụ Áp dụng cơng thức tính điện tiêu thụ: A= U x I x t Trong đó: U: điện áp (hiệu điện thế) (V) I: cường độ dòng điện (A) t: thời gian (s) A: Điện tiêu thụ (J) 3.4.1 Điện tiêu thụ khoảng cách điện cực khác Trong trường hợp ta áp dụng cường độ dòng điện tối ưu I = 3A thời gian tối ưu 60 phút Áp dụng công thức ta bảng sau: Bảng 3.1 Điện têu thụ trình xử lý COD khoảng cách điện cực khác Khoảng cách U (V) A (J) điện cực (cm) 7,7 83160 8,8 95040 12,5 135000 14,7 158760 Điện tiêu thụ (J) 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 t=60 Khoảng cách điện cực (cm) Hình 3.4 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực tới điện tiêu thụ điện Trên hình 3.4 ta thấy khoảng cách điện cực lớn điện tiêu thụ nhiều Ở khoảng cánh điện cực cm điện tiêu thụ 83160 (J), khoảng cách điện cực cm điện tiêu thụ 158760 (J) Ta có giải thích nhận xét sau: Khi khoảng cách điện cực tăng hiệu điện tăng theo theo công thức tnh điện tiêu thụ: A = U x I x t Với cường độ dòng điện cố định nên hiệu điện tăng tỉ lệ thuận với điện tiêu thụ Chính điện têu hao khoảng cách điện cực ngắn 3.4.2 Điện tiêu thụ cường độ dòng điện khác Trong trường hợp ta xét điện áp U khoảng cách điện cực cm (U = 7,7 V) thời gian tối ưu 60 phút Áp dụng công thức ta bảng sau: Bảng 3.2 Điện têu thụ trình xử lý COD nước rỉ rác điện cực nhơm Cường độ dòng điện (A) A (J) 27,720 55,440 2,5 69,300 83,160 110,880 Điện tiêu thụ (J) 120 100 80 60 t=60 40 20 0 Cường độ dòng điện (A) Hình 3.5 Ảnh hưởng cường độ dòng điện tới khả tiêu thụ điện Trên hình 3.5 ta thấy cường độ dòng điện tăng điện têu thụ nhiều theo công thức tnh điện têu thụ cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với điện tiêu thụ Tuy nhiên cường độ dòng điện q nhỏ khả điện phân nước rỉ rác dẫn đến hiệu suất xử lý COD Điều chứng minh thực nghiệm, dòng điện cao 3A dễ gây ăn mòn điện cực Vì cần phải có cường độ dòng điện phù hợp để xử COD nước rỉ rác tốt Ta thấy cường độ dòng điện I = 3A có hiệu suất xử lý tốt têu tốn điện hợp lý Cho nên ta chọn cường độ dòng điện I = 3A dòng điện tối ưu KẾT LUẬN Nghiên cứu khóa luận thu số kết sau: Đã đánh giá ảnh hưởng cường độ dòng điện thời gian đến hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác cường độ dòng điện khác từ 1A đến 4A Thấy hiệu suất xử lý COD tốt cường độ dòng điện cao thời gian lâu Tuy nhiên qua thực nghiệm, ta lựa chọn điều kiện tối ưu cho trình xử lý cường độ dòng điện I= 3A thời gian 60 phút Đã đánh giá ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác khoảng cách điện cực khác nhau: 1, 3, 5, cm Kết cho thấy khoảng cách điện cực 1cm hiệu suất xử lý tốt nhất, Chính khoảng cách điện cực 1cm điều kiện tối ưu cho việc xử lý COD đạt hiệu cao Đã đánh giá ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác pH khác từ đến Kết cho thấy điện cực nhơm pH khoảng từ đến hiệu suất tốt với pH = hiệu suất đạt xử lý cao 59,09% Chính pH = điều kiện tối ưu cho việc xử lý COD đạt hiệu cao Đã tính tốn điện tiêu thụ khoảng cách điện cực khác Và kết cho thấy khoảng cách điện cực ngắn điện têu thụ Đã tính tốn điện têu thụ cường độ dòng điện khác Và cường độ dòng điện I = 3A cường độ dòng điện phù hợp cho trình xử lý COD TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tác giả Võ Anh Kh, Đại học Đà Nẵng với cơng trình ‘ Nghiên cứu phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với vi điện hóa để xử lý ion kim loại nặng Florua nước Thải’ [2] Hoàng Ngọc Minh (2012) Nghiên cứu xử lý nước thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy sinh học phương pháp xử lý nâng cao, Luận án Tiến sĩ, trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội [3] Trần Hiếu Nhuệ, 2001 Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp NXB khoa học kỹ thuật [4] Trần Thị Thanh - Trần Yêm - Đồng Kim Loan, 2004 Giaos trình cơng nghệ mơi trường NXB Đại học Quốc gia Hà Nơi [5] Trần Mạnh Trí (2007) Báo cáo kết thực đề tài: Áp dụng trình oxi hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác qua xử lý sinh học nhà máy xử lý Gò Cát, thực hệ pilot 15-20 m3/ngày Trung tâm cơng nghệ Hóa học Mơi trường [6] Trương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu (2009) Xử lý nước rỉ rác tác nhân UV-fenton thiết bị gián đoạn Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 53, 165-175 [7] Lê Hồng Việt, 2002 Giáo trình phương pháp xử lý nước thải Đại học cần thơ TÀI LIỆU TIẾNG ANH [8] Holt, Peter K.; Barton, Geoffrey W.; Mitchell, Cynthia A, 2004 The future for electrocoagulation as a localised water treatment technolog J of Chemoshpere 59 (3): 355-67 [9] Chuleemus Boonthai Iwai and Thammared Chuasavath, 2002; Mitree Siribunjongsak and Thares Srisatit, 2004 [10] Kwanrutai Nakwan, 2002 [11] Moh Faiqun Ni’am, Fadil Othman, Johan Sohaili Zulfa Fauzia (2006) [12] Shruthi cộng [13] Ezechi cộng [14] Singh S.K., T.G and Boyer T.H (2012) Evaluation of coagulaton (FeCl3) and anion exchange (MIEX) for stabilized landfill leachate treatment and high-pressure membrane pretreatment [15] Torres-Socías E.D., Prieto-Rodríguez L., Zapata A., FernándezCalderero I., Oller I and Malato S (2015) Detailed treatment line for a specific landfill leachate remediation Brief economic assessment [16] Top S., Sekman E., Hoşver S and Bilgili M.S (2011) Characterizaton and electrocaogulative treatment of nanofiltration concentrate of a fullscale landfill leachate treatment plant INTERNET [17] http://moitruongxanh.com [18] http://nuocviet.snboard.net/f19-forum PHỤ LỤC Bảng Nồng độ hiệu suất xử lý COD thời điểm cường độ dòng điện khác Ngày 25/10 26/10 27/10 1/11 Cường độ Thời gian Nồng độ Hiệu suất dòng điện (A) (phút) (mg/l) (%) 5212,67 20 4452,49 14,58 2,5 40 4343.09 16,67 60 3800,9 27,08 80 3909,5 25 7316,4 20 6429,56 12,12 2,5 40 5431,87 25,76 60 5099,31 30,3 80 4988,45 31,82 7210,76 20 5919,28 17,91 2,5 40 5273,54 26,87 60 4843,05 32,84 80 4743,09 32,84 6660,29 20 5856,46 12,07 2,5 40 5167,46 22,41 60 3789,47 43,1 2/11 80 3674,64 44,83 5397,13 20 4478,47 17,02 2,5 40 3559,81 34,04 60 2985,65 44,68 80 3100,48 42,55 Bảng Nồng độ hiệu suất xử lý COD khoảng cách điện khác Khoảng cách điện Thời gian Nồng độ Hiệu suất cực (cm) (phút) (mg/l) (%) 137,78 60 75,56 135,21 60 94,65 135,85 60 99,62 143,77 60 111,30 45,16 30.00 26,67 22,58 Bảng Nồng độ hiệu suất xử lý COD pH khác pH Thời gian Nồng độ Hiệu suất (phút) (mg/l) (%) 5454,72 60 2502,37 5972,35 29,17 60 1990,78 5004,75 60 2502,37 4423,96 60 2543,78 5459,72 60 3184,83 46 35,19 59.09 50 41,67 ... nhiều nghiên cứu phương pháp xử lý công trình xử lý nước rỉ rác việc ứng dụng vào thực tế hạn chế Một số phương pháp xử lý phương pháp Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác công nghệ keo tụ điện hóa ’là phương. .. trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác nước xử lý nước rỉ rác qua xử lý sinh học nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát Tác giả sử dụng trình Keo tụ- Tạo phức-Fenton-Perozon để xử lý nước rỉ rác sau phân... công hệ keo tụ điện hóa 1.3.1 Giới thiệu phương pháp keo tụ điện hóa điện cực Nhơm Keo tụ điện hố phương pháp hoá học Tuy nhiên, phương pháp kết hợp với phương pháp lý học (dòng điện điện cực) nên

Ngày đăng: 31/12/2019, 13:32

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan