Luận án tiến sĩ Xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ CAO KHẢI NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA KẾT HỢP LỌC SINH HỌC LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ CAO KHẢI NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA KẾT HỢP LỌC SINH HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9.20 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Lê Thanh Sơn Hà Nội, 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện phân kết hợp lọc sinh học” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của PGS. Trịnh Văn Tuyên và TS. Luận án không trùng lặp và sao chép với bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa được tác giả khác công bố. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 NGHIÊN CỨU SINH Lê Cao Khải ii LỜI CẢM ƠN Bằng tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. Trịnh Văn Tuyên, TS. Lê Thanh Sơn (Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã tận tình hướng dẫn và định hướng cho tôi những hướng nghiên cứu quan trọng trong suốt quá trình thực hiện luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các tập thể: Học viện Khoa học và Công nghệ (GUST) – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST); Khoa Công nghệ môi trường – GUST; Viện Công nghệ môi trường (IET) – VAST; Hướng Công nghệ xử lý ô nhiễm và Phòng Hóa lý môi trường - IET đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phan Đỗ Hùng đã hỗ trợ về mặt khoa học cho tôi trong quá trình làm nghiên cứu sinh tại Viện Công nghệ môi trường. NGHIÊN CỨU SINH Lê Cao Khải Lê Cao Khải iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU.

Tổng quan về nước rỉ rác. Đặc điểm, thành phần của nước rỉ rác. Tác động của nước rỉ rác đến môi trường và con người. Tổng quan quá trình keo tụ điện hóa.

Cơ chế của quá trình keo tụ điện hóa. Ưu và nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nước thải. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường.

Tổng quan về lọc sinh học. Cơ chế của quá trình lọc sinh học. Cơ sở lí thuyết của các quá trình sinh học xử lý nitơ trong nước thải. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc sinh học.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp lọc sinh học trong xử lý môi trường. Kết hợp keo tụ điện hóa với các quá trình lọc sinh học trong xử lý môi trường. Tổng quan về phương pháp xử lý nước rỉ rác. Phương pháp keo tụ điện hóa xử lý nước rỉ rác.

Phương pháp sinh học xử lý nước rỉ rác. Phương pháp oxi hóa nâng cao xử lý nước rỉ rác. Kết hợp các phương pháp trong xử lý nước rỉ rác. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp phân tích chất lượng nước thải.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm keo tụ điện hóa. Phương pháp thực nghiệm lọc sinh học. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt. Ảnh hưởng pH đầu vào của nước rỉ rác đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực sắt đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu.

So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và nhôm. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng quá trình lọc sinh học. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu bằng quá trình BF. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu của quá trình lọc sinh học.

118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 148 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.

Các thành phần cân bằng nước trong bãi chôn lấp. Các phản ứng cơ bản trong hệ EC. Nồng độ của các sản phẩm thủy phân của Fe (II), Fe (III) và Al (III). Sơ đồ E-pH của sắt và nhôm ở 25 ° C, 1 bar.

Đơn cực nối song song. Đơn cực nối tiếp. Lưỡng cực nối song song. Giản đồ ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến cân bằng amoniac – amoni trong dung dịch.

Sơ đồ xử lý NRR bằng phương pháp EC kết hợp BF. Sơ đồ hệ EC trong phòng thí nghiệm. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR.

Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR. Sơ đồ hệ BF trong phòng thí nghiệm. Sơ đồ vận hành một chu kỳ trong hệ BF. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí và tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu trong NRR.

Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý amoni. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý TSS. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý độ màu.

Biểu đồ biến đổi pH của NRR trong quá trình EC theo thời gian. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý TSS.

Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý amoni. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS.

Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý độ màu. Ảnh hưởng của thời gian điện phân với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của thời gian điện phân với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý amoni. Ảnh hưởng của thời gian điện phân với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý TSS.

Ảnh hưởng của thời gian điện phân với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý độ màu. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD với điện cực nhôm và sắt 97 Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni với điện cực nhôm và sắt. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý TSS với điện cực nhôm và sắt.

Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu với điện cực nhôm và sắt. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD giữa điện cực nhôm và sắt. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý amoni với điện cực nhôm và sắt. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS với điện cực nhôm và sắt.

Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý độ màu với điện cực nhôm và sắt. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến nồng độ nitrat đầu ra.

Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS. Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý amoni.

Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý nitrat. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý TSS. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý độ màu. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR bằng phương pháp EC kết hợp với BF.

125 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Đặc trưng của NRR theo độ tuổi bãi chôn lấp. Thành phần NRR ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ. Thành phần NRR ở các nước Châu Á.

Thành phần NRR Việt Nam. Nghiên cứu xử lý NRR bằng phương pháp EC với các điện cực khác nhau. Một số đặc tính của NRR dùng cho nghiên cứu. Mật độ dòng và thời gian điện phân của một số nghiên cứu.

Dung tích hữu ích các ngăn trong thiết bị thí nghiệm. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR. Năng lượng tiêu thụ và hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR tại các giá trị pH khác nhau.

Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR tại các giá trị khoảng cách giữa các điện cực khác nhau. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR của điện cực sắt và nhôm ở thời gian phản ứng khác nhau. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR của điện cực sắt và nhôm ở các pH khác nhau .