ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ HÀNG 5M3 NGÀY CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH
- Tên đề tài:
“ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ HÀNG 5M3 NGÀY bằng công nghệ Plasma lạnh”
- Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Mô hình thiết bị xứ lý 5m3 nước thải/ ngày đêm;
- Tiến hành các thử nghiệm xử lý các mẫu khác nhau;
- Mô hình tạo ra môi trường Plasma ở nhiệt độ thấp 30-60°C và áp suất bằng áp suất phòng.
- Nội dung chính của đồ án:
- Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, mục đích và nhiệm vụ đề tài.
- Cơ sở lý thuyết: môi trường hình thành Plasma ở nhiệt độ thấp, áp suất thường.
- Tính toán, thiết kế và tìm ra mô hình tối ưu cho thiết bị, chế tạo mô hình.
- Kiểm tra và tìm ra các thông số tối ưu của thiết bị - điện áp, tần số.
- Kết luận và kiến nghị: những ưu và khuyết điểm của mô hình, khả năng ứng dụng của mô hình vào thực tế.
- Bản vẽ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ HÀNG KHÁCH SẠN TỤ ĐỘNG 5M3 NGÀY
- Bản vẽ nguyên lý dây chuyền xử lý nước thải (A0)
- Bản vẽ nguyên lý bộ xử lý bằng Plasma (A0)
- Bản vẽ lắp (A0); - Tập bản vẽ chi tiết (A3)
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ HÀNG KHÁCH SẠN TỰ ĐỘNG 5M3/NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH”
Công nghệ Plasma đã có lâu đời nhưng hầu hết được dùng trong phòng thí nghiệm với áp suất thấp.Về việc ứng dụng công nghệ Plasma để xử lý nước thải khu công nghiệp thì chưa có tổ chức, trung tâm nào nghiên cứu thiết kế và chế tạo.
Hiện nay ở Việt Nam, córất nhiều phương pháp thường được ứng dụng riêng rẽ hoặc kết hợp để xử lý nước thải trong khu công nghiệp: phương pháp hóa lý, phương pháp oxy hóa bậc cao, phương pháp sinh học… Quá trình xử lý hóa lý với phương pháp keo tụ-tạo bông, tuyển nổi và hấp phụ thu được hiệu quả cao trong việc khử độ màu và giảm nồng độ BOD. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí hóa chất cao và lượng bùn sinh ra lớn. Đối với phương pháp oxy hóa bậc cao, các chất oxy hóa thường được sử dụng là Chlorine (Cl2), Hydroxy Peroxide (H2O2), và Ozone (O3), với Cl2 được đánh giá là chất oxy hóa kinh tế nhất. Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao. Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học với bùn hoạt tính hiếu khí và kỵ khí cũng có thể được sử dụng để xử lý với hiệu quả cao, tuy nhiên nhược điểm chính là thời gian xử lý dài. Nhìn chung các phương pháp xử lý nước thải cổ điển thường có chi phí đầu tư cao và chiếm nhiều diện tích xây dựng do đó việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp xử lý xanh sạch và hiệu quả như công nghệ Plasama là hết sức cần thiết.
Nghiên cứu được thực hiện gồm bốn giai đoạn là:
-Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ Plasma, động lực học plasma, quá trình ion hóa và oxy hóa và phân hủy các tạp chất vô cơ, hữu cơ có trong nước thải.
-Đưa ra nhiều phương án thiết kế chế tạo mô hình xử lý thực nghiệm, phân tích ưu nhược điểm của từng phương án, và cuối cùng chọn phương án tối ưu dựa trên tiêu chí hiệu suất xử lý, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
-Tiến hành thí nghiệm với các điều kiện khác nhau: công suất tiêu hao (dòng điện, điện áp, tần số), kích thước hình dáng buồng Plasma.
Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm và kết luận.
MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN.......................................................................................................... i
LỜI CAM KẾT................................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................... v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN............................................................................................................. vi
MỤC LỤC.......................................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................... xiii
DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ....................................................................................... xiv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................................ xv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU................................................................................................ 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài.................................................................... 1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài............................................................................... 2
1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu................................................................................ 2
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu........................................................................................... 2
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu.............................................................................................. 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 3
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận...................................................................................... 3
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể.................................................................. 3
1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp........................................................................................... 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI.................................................... 4
2.1 Tình hình nước thải nhà hàng khách sạn hiện nay................................................ 4
2.2 Phương pháp sử lý nước thải nhà hàng khách sạn................................................. 4
2.3 Tổng quan về các phương pháp sử lý nước thải.................................................... 4
2.3.1 Phương pháp cơ học............................................................................................... 4
2.3.2 Phương pháp hóa lý................................................................................................ 6
2.3.3 Phương pháp trung hòa.......................................................................................... 6
2.3.4 Phương pháp tuyển nổi.......................................................................................... 6
2.3.5 Phương pháp hấp phụ............................................................................................. 7
2.3.6 Phương pháp trích...................................................................................................
2.3.7 Phương pháp sinh học............................................................................................ 7
2.4 Nghiên cứu sử lý nước thải bằng công nghệ Plasma............................................. 11
2.4.1 Xử lý bằng công nghệ Plasma đại học Zhejiang................................................. 12
2.4.1.1 Mô hình thực nghiệm.......................................................................................... 12
2.4.1.2 Thuyết minh sơ đồ mô hình............................................................................... 13
2.4.1.3 Kết quả đạt được.................................................................................................. 13
2.4.2 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch tới tốc độ sinh Ozon ........................................ 15
2.4.3 Ảnh hưởng công suất phóng điện......................................................................... 16
2.4.4 Ảnh hưởng của Ph .................................................................................................. 17
2.4.5 Ảnh hưởng của nước Oxy già................................................................................ 18
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................. 20
3.1 Công nghệ plasma...................................................................................................... 20
3.2 Tiết diện hiệu dụng................................................................................................... 20
3.2.1 Khoảng đường tự do trung bình............................................................................ 21
3.2.2 Tần số va chạm........................................................................................................ 21
3.3 Công nghệ oxy hóa bậc cao...................................................................................... 21
3.4 Phân loại...................................................................................................................... 22
3.5 Năng lượng ion hóa.................................................................................................... 24
3.6 Bậc ion hóa................................................................................................................. 24
3.7 Phản ứng Fenton......................................................................................................... 26
3.8 Quá trình tạo chất oxy hóa....................................................................................... 27
3.8.1 Tạo ozone................................................................................................................. 27
3.8.2 Tạo H2o2................................................................................................................... 28
3.8.3 Tạo gốc OH có mức oxy hóa mạnh...................................................................... 28
3.9 Quá trình oxy hóa...................................................................................................... 29
3.9.1 Oxy hóa vòng benzene bằng OH.......................................................................... 29
3.9.2 Oxy hóa vòng benzene bằng ozon....................................................................... 29
3.10 Điện áp và mạch tạo xung...................................................................................... 30
CHƯƠNG 4:PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ...................... 32
4.1 Yêu cầu đề tài và thông số thiết kế.......................................................................... 32
4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện.................................................................... 33
4.2.1 Phương án 1............................................................................................................. 33
4.2.2 Phương án 2............................................................................................................. 33
4.2.3 Phương án 3............................................................................................................. 33
4.2.4 Phương án 4............................................................................................................. 33
4.2.5 Phương án 5............................................................................................................. 34
4.2.6 Phương án 6............................................................................................................. 34
4.2.7 Phuong án 7............................................................................................................. 34
4.2.8 Phương án 8............................................................................................................. 35
4.3 Phân tích phương án.................................................................................................. 35
4.4 Trình tự công việc tiến hành..................................................................................... 37
CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ-TÍNH TOÁN THIẾT KẾ............................... 39
5.1 Nhận xét...................................................................................................................... 39
5.2 Chọn vật liệu cho hệ thống....................................................................................... 39
5.3 Tính toán hệ thống..................................................................................................... 39
5.3.1 Song chắn rác.......................................................................................................... 39
5.4 Hố thu.......................................................................................................................... 41
5.5 Bể điều hòa................................................................................................................. 43
5.5.1 Nhiệm vụ.................................................................................................................. 43
5.5.2 Tính toán.................................................................................................................. 43
5.6 Buồng plasma............................................................................................................. 44
5.6.1 Lưu lượng nước qua hệ thống................................................................................ 44
5.6.2 Tính toán kích thước ống phóng........................................................................... 45
5.7 Tính toán chọn bơm................................................................................................... 52
5.8 Tính toán bộ truyền vítme........................................................................................ 54
5.8.1 Tính toán chọn động cơ......................................................................................... 54
5.8.2 Lực tác dụng lên trục vitme................................................................................... 55
5.8.3 Tính độ bền ứng suất.............................................................................................. 56
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ....................... 58
6.1 Chế tạo thử nghiệm.................................................................................................... 58
6.1.1 Bộ biến áp................................................................................................................ 58
6.1.2 Bộ biến áp đầu ra.................................................................................................... 58
6.2 Thực nghiệm............................................................................................................... 60
6.2.1 Ảnh hưởng của thời gian và điện áp..................................................................... 63
6.2.2 Ảnh hưởng của cường độ....................................................................................... 65
6.2.3 Ảnh hưởng của Fe2+................................................................................................ 67
6.2.4 Ảnh hưởng cảu chạy mẫu tần hoàn...................................................................... 69
6.2.5 Ảnh hưởng của lưu lượng....................................................................................... 70
6.2.6 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố hóa hoc....................................................... 71
DANH MỤC BẢNG BIỀU
Bảng 1.1 Thành phần nước thải nhà hàng khách san.................................................. 2
Bảng 3.1 Thế oxy hóa của một số chất ......................................................................... 21
Bảng 3.2 Hằng số tốc độ phản ứng giữa O3 và OH....................................................... 22
Bảng 3.3 Các phương trình phản ứng Fenton tổng thể................................................ 26
Bảng 4.1 Các giới hạn giá trị cho phép xả thải............................................................. 32
Bảng 5.1 Thông số tính toán cho song chắn rác........................................................... 39
Bảng 5.2 Các thông số thiết kế....................................................................................... 41
Bảng 5.3 Các thông số thiết kế bể thu gom................................................................... 43
Bảng 5.4 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa............................................................... 44
Bảng 5.5 Hệ số nhớt động học của môi trường............................................................. 46
Bảng 5.6 Bảng nhiệt độ một số loại Plasma.................................................................. 47
Bảng 5.7 Hệ số tổn thất cục bộ....................................................................................... 49
Bảng 5.8 Tra kích thương đường ống............................................................................. 50
Bảng 6.1 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian.......................................................... 61
Bảng 6.2 Tổng kết giá trị điện áp và lưu lượng............................................................. 61
Bảng 6.3 Ảnh hưởng của thời gian và điên áp.............................................................. 63
Bảng 6.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ.................................................................................. 65
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Mô hình sử lý của DBD của Martynas.......................................................... 11
Hình 2.2 Mô hình sử lý DBD của P.Manoj................................................................... 12
Hình 2.3 Mô hình thực nghiệm....................................................................................... 12
Hình 2.4 Điện phân dung dịch........................................................................................ 14
Hình 3.1 Hình ảnh Plasma............................................................................................... 20
Hình 3.2 Sự tương tác giữa các hạt trong Plasma......................................................... 20
Hình 3.3 Oxy hóa vòng benzene bằng nhóm OH......................................................... 29
Hình 3.4 Oxy hóa vòng benzene bằng Ozon................................................................ 29
Hình 3.5 Tính toán độ rộng xung................................................................................... 30
Hình 3.6 Chu kỳ một xung.............................................................................................. 30
Hình 3.7 Tính toán mạch hiệu chỉnh tần số điện áp.................................................... 30
Hình 3.8 Tính toán giá trị tần số..................................................................................... 31
Hình 4.1 Phương án 1....................................................................................................... 33
Hình 4.2 Phương án 2....................................................................................................... 33
Hình 4.3 Phương án 3....................................................................................................... 33
Hình 4.4 Phương án 4....................................................................................................... 33
Hình 4.5 Phương án 5....................................................................................................... 34
Hình 4.6 Phương án 6....................................................................................................... 34
Hình 4.7 Phương án 7....................................................................................................... 34
Hình 4.8 Phương án 8....................................................................................................... 38
Hình 4.9 Dạng ống đứng.................................................................................................. 36
HÌnh 4.10 Dạng máng nằm ngang................................................................................... 37
Hình 5.1 Nguyên lý hoạt động buồng Plasma.............................................................. 45
Hình 5.2 Kích thước đường ống cơ bản......................................................................... 48
Hình 5.3 Thống số làm việc cuả bơm............................................................................ 52
Hình 5.4 Phân tích lực...................................................................................................... 55
Hình 6.1 Bộ biến áp.......................................................................................................... 58
Hình 6.2 Bộ biến đổi điện áp cao tần........................................................................... 58
Hình 6.3 Mạch biến tần................................................................................................... 59
Hình 6.4 Bảng điều khiển tự động.................................................................................. 59
Hình 6.5 Buồng xử lý Plasma.......................................................................................... 60
Hình 6.6 Mẫu đả xử lý và mẫu chưa xử lý.................................................................... 64
Hình 6.7 Ảnh hưởng cường độ và kết quả xử lý........................................................... 66
Hình 6.8 FeCl2 keo tụ tạo thành bông tụ....................................................................... 68
Hình 6.9 Đo COD tại phòng thí nghiệm........................................................................ 72
DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 Ảnh hưởng điện cực bằng nước và bằng đồng............................................ 13
Sơ đồ 2.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân............................................ 15
Sơ đồ 2.3 Ảnh hưởng của công suất phóng điện.......................................................... 16
Sơ đồ 2.4 Ảnh hưởng của PH.......................................................................................... 17
Sơ đồ 2.5 Ảnh hưởng cảu nước Oxy già........................................................................ 18
Sơ đồ 2.6 Trường hợp chỉ có UV và UV+H2O2............................................................ 18
Sơ đồ 6.1 Giá trị lưu lượng và điện áp tối ưu................................................................ 62
Sơ đồ 6.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý...................................................................... 64
Sơ đổ 6.3 Ảnh hưởng của điện áp................................................................................... 65
Sơ đồ 6.4 Ảnh hưởng của cường độ............................................................................... 66
Sơ đồ 6.5 Ảnh hưởng của Fe2+........................................................................................ 67
Sơ đồ 6.6 Ảnh hưởng khi chạy mẫu tuần hoàn............................................................. 69
Sơ đồ 6.7 Ảnh hưởng của lưu lượng............................................................................... 70
Sơ đồ 6.8 Ảnh hưởng của COD đến các yếu tố hóa học............................................. 71
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ngành kinh doanh khách sạn chỉ phát triển tại Việt Nam vào đầu thập niên 90 khi Việt Nam bắt đầu mở cửa mở rông quan hệ hợp tác quốc tế đa phương và phát triển nền kinh tế thị trường. Để hiểu hơn tình hình kinh doanh khách sạn tại Việt Nam chúng ta sẻ tìm hiểu tình hình kinh doanh khách sạn tại TP. Hồ Chí Minh – nơi hoạt động kinh doanh khách sạn thành công nhất cả nước.
TP. Hồ Chí Minh hiện có 641 khách sạn với 17.646 phòng. Hệ thống khách sạn bao gồm những khách sạn cao cấp của các tập đoàn quốc tế hàng đầu như. Accor, Furrama, Mariot và Sheraton hay những khách sạn bình dân.
Phần lớn khách sạn chiếm những vị trí đẹp như gần sân bay, nhà ga, bến … Các khách sạn đều có tính chuyên nghiệp cao từ dịch vụ đến phong cách phục vụ.
Thực trạng sự phát triển của khách sạn là rất đáng mừng cho nền kinh tế đất nước. Nhưng điều cần quan tâm là hiện nay nước thải của hoạt động kinh doanh nhà hàng khách sạn chứa nhiều chất hữu cơ và chất rắn do hoạt động sinh hoạt của du khách và của khách sạn như: Nấu ăn, giặt giũ, vê sinh… hàm lượng của các chất này rất cao gây ô nhiễm cho sông hồ. Vì vậy sử lý nước thải nhà hàng khách sạn là rất cần thiết và cấp bách.
Tuy nhiên, khách sạn nằm trong khu vực dân cư đông đúc nên viêc sử dụng diện tích đất hiệu quả là điều cần quan tâm vì vậy cần xậy dựng một công trình sử lý nước thải thật kinh tế chiếm ít diện tích là một vấn đề cần đầu tư nghiên cứu.
1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
1.2.1 Ý nghĩa khoa học
Đánh giá hiệu quả của mô hình plasma trong xử lý nước thải nhà hàng khách sạn, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Cải tiến công nghệ để nâng cao hiệu quả xử lý.
1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn
Công nghệ plasma đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Công nghệ plasma bước đầu nghiên cứu và ứng dụng vào xử lý nước thải trên thế giới trong những năm gần đây. Tại Việt Nam, công nghệ xử lý này còn khá mới. Năm 2013, Trung Tâm CES của Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật đã chế tạo mô hình xử lý nước thải y tế bằng công nghệ plasma đạt hiệu quả xử lý vi sinh 90%. Đề tài tạo bước tiến mới, khi ứng dụng mô hình plasma để nghiên cứu xử lý nước thải nhà hàng khách sạn – một nguồn thải đánh giá có mức độ ô nhiễm cao và khó xử lý. Bên cạnh đó, trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu đã thể hiện sự liên kết, hợp tác của Khoa Hóa & Thực Phẩm và Khoa Cơ Khí Máy để nâng cao hiệu quả xử lý, cũng như đưa đề tài nghiên cứu gần với thực tiễn.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá khả năng xử lý của công nghệ plasma trong xử lý nước thải nhà hàng khách sạn.
- Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý plasma.
1.4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu cách chế tạo môi trường plasma ở nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường, ứng dụng vào việc xử lý nước thải.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:
Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy xử lý nước thải bằng công nghệ Plasma ở nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường với năng suất 5m3/ngày. Sau khi thành công sẽ nghiên cứu để năng công suất làm việc dần đáp ứng nhu cầu của cơ sở doanh nghiệp cũng như các công ty lớn.
Bảng 1.1. Thành phần của nước thải nhà hàng khách sạn
|
Thành Phần |
Đơn V`ị |
Chỉ số |
QCVN 40/2011 |
|
|
A |
B |
|||
|
pH |
- |
5 - 5,5 |
6 - 9 |
5.5 – 9 |
|
COD |
mg/l |
350-3200 |
75 |
150 |
|
BOD5 |
mg/l |
250-300 |
30 |
50 |
|
Coliform |
Vi khuẩn/100ml |
104-109 |
3000 |
5000 |
|
Độ Màu |
Pt-Co |
800 - 1100 |
50 |
150 |
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Phương pháp phân tích tài liệu: Tham khảo từ giáo trình thiết kế máy và tài liệu về Plasma và được sự hỗ trợ từ Giáo Viên hướng dẫn (TS Trần Ngọc Đảm)
Điều tra thực tế: Thực hiện các thí nghiệm về xử lý các nước thải từ đó rút ra các nhận xét đánh giá. Tham khảo một số máy xử lý nước thải bằng công nghệ hóa học, sinh học có cấu trúc tương tự và giá thành của chúng trên thị trường.
Cơ sở lý thuyết về vật lý plasma,động lực học plasma.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Tham khảo tài liệu về thiết kế máy xử lý nước thải bằng công nghệ Plasma.
- Phương pháp tổng hợp: Từ các nguồn thông tin, tiến hành xử lý, đề xuất phương án, nguyên lý hoạt động, thiết bị phụ trợ, thực hiện thiết kế mô hình.
- Tiến hành làm thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm để đạt kết quả mong muốn.
- Thiết kế chế tạo máy hoàn chỉnh.
1.6 Kết cấu của đồ án
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp
Chương 5: Đề xuất công nghệ / Tính toán, thiết kế
Chương 6: Chế tạo thử nghiệm, đánh giá
Kết luận và kiến nghị.
2. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Tình hình nước thải nhà hàng khách sạn hiện nay
Hiện nay, ngành công nghiệp nhà hàng khách sạn có những bước phát triển mạnh mẽđáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường. Trong nền kinh tế dịch vụ, dịch vụ nhà hàng khách sạn chiếm một vị trí khá quan trọng vì đây là một trong những ngành công nghiệp không chỉ góp phần việc giải quyết vấn đề công ăn việc làm trong xã hội mà còn thúc đẩy ngành công nghiệp du lịch. Tuy vậy, ô nhiễm môi trường do nước thải ngành nhà hàng khách sạn là một thực tế cần có giải pháp xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết. Theo kết quả phân tích nước thải ở các nhà hàng khách sạn ở thành phố Hồ Chí Minh theo số liệu của Sở Tài nguyên Môi trường hàng năm các nhà hàng khách sạn sử dụng, nhớt thủy tinh, xà phòng, bồ tạt, Javen, thuốc nhuộm nấu tẩy, nước nhà bếp, nhà vệ sinh. Các thông số ô nhiễm môi trường ở TP. Hồ Chí Minh cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cao hơn tiêu chuẩn cho phép 75 lần, hàm lượng BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép tới 4,24 lần, hàm lượng COD cao hơn tiêu chuẩn cho phép 30 lần. Vì thế, việc xử lý nguồn nước thải này trước khi xả vào nguồn tiếp nhận là việc bắt buộc và cần thiết.
2.2 Phương pháp xử lý nước thải nhà hàng khách sạn
Nước thải thường chứa nhiều tạp chất có bản chất khác nhau.Vì vậy, mục đích của việc xử lý nước thải là khử các tạp chất sau cho nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận cho phép thải vào nguồn tiếp nhận. Các phương pháp chung nhất mà ta thường dùng để xử lý mọi loại chất thải được áp dụng là phương pháp cơ học, hóa lý, sinh học. Trong thực tế tùy theo từng loại nước thải mà ta có thể áp dụng để đạt hiệu quả xử lý tối ưu và chi phí xử lý tối thiểu.
2.3 Tồng quan về các phương pháp xử lý nước thải.
2.3.1 Phương pháp cơ học
Nhằm để tách các tạp chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải.
Thiết bị chắn rác: có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy,rác,...) nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ...tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh.
Thiết bị nghiền rác: có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắt ống, không gây hại cho bơm.
Bể điều hòa: dùng để điều hòa lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau khi xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này. Bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý, vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải. Có 2 loại bể điều hòa: Bể điều hòa lưu lương, Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng
- Bể lắng cát: là loại bỏ cặn thô, nặng như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại...nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau.
- Bể lắng cát ngang: có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể.
- Bể lắng cát đứng: dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn theoống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy.
- Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài.
- Bể lắng cát làm thoáng: để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí.
- Bể lắng: là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại:
- Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan (sau hóa lý).
- Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
- Lọc: để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các loại bể lắng không thể loại được. Có nhiều dạng lọc: lọc chân không, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh,...việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải.
- Tuyển nổi, vớt dầu mỡ: để tách các tạp chất (dạng hạt rắn hoặc lỏng), các chất hoạt động bề mặt, dùng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng, các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
2.3.2 Phương pháp hóa lý
Phương pháp keo tụ tạo bông: hai quá trình hóa học này kết tụ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo để tạo nên những hạt có kích thước lớn hơn. Nước thải có chứa các hạt keo có mang điện tích (thường là điện tích âm). Chính điện tích của nó ngăn cản không cho nó va chạm và kết hợp lại với nhau làm cho dung dịch được giữ ở trạng thái ổn định. Việc cho thêm vào nước thải một số hóa chất (phèn, ferrous, Chloride...) làm cho dung dịch mất tính ổn định và gia tăng sự kết hợp giữa các hạt để tạo thành những bông cặn đủ lớn để có thể loại bỏ bằng quá trình lọc hay lắng. Các chất keo tụ thường được sử dụng là muối sắt hay nhôm có hóa trị 3. Các chất tạo bông cặn thường được sử dụng là các chất hữu cơ cao phân tử như polyacrilamid, việc kết hợp sử dụng các chất hữu cơ cao phân tử với các muối vô cơ cải thiện đáng kể khả năng tạo bông.
2.3.3 Phương pháp trung hòa
Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại của nguồn nước thải có chứa axit hoặc kiềm, tách một số kim loại nặng ra khỏi nước thải. Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm (CaCO3, H2SO4, Na2CO3, HNO3...).
Trung hòa bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm.Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải (nước thải chứa axit yếu, nước thải có chứa axit mạnh như HC1, HNO3 và các muối canxi dễ tan trong nước, nước thải có chứa axit mạnh như H2SO4, H2CO3và các muối canxi khó tan trong nước.
Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa: chứa hàm lượng dưới 5mg/l và không chứa kim loại nặng. Vật liệu lọc là đá vôi, magiezit...
2.3.4 Phương pháp tuyển nổi
Để tách các tạp chất rắn tan, không tan hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền.
- Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học: cho phép tạo bọt khí nhỏ.
- Tuyển nổi không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, qua các tấm xốp).
- Tuyển nổi với tách không khí từ nước (tuyển nổi chân không, tuyển nổi không áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước).
- Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học thường ít dùng vì gây ra hiện tượng đông tụ sinh học.
- Tuyên nổi sinh học và hóa học làm lượng cặn giảm được 80%.
- Phương pháp hấp thụ: để loại bỏ hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ thường có độc tính cao, có mùi vị và màu khó chịu. Than hoạt tính được dùng phổ biến để làm chất hấp thụ và hiệu quả hấp thụ từ 58-95%.
- được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải có chứa kim loại chất bẩn khác nhau. Có thể dùng để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng chất nhiễm bẩn nhỏ và có thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc xử lý hóa học.
- Hấp phụ trong điều kiện tĩnh
- Hấp phụ trong điều kiện động
- Là phương pháp tách chất bẩn hòa tan bằng cách đưa vào một dung môi và khuấy đều các chất bẩn hòa tan vào dung môi và nồng độ các chất bẩn trong nước giảm đi. Tiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được làm sạch.
- Xử lý bằng màng: việc ứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm của các chất đó qua màng, đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Các kỹ thuật như điện thẩm tách, thẩm thấu ngược, siêu lọc, và các quá trình làm thoáng, oxy khử ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.
2.3.5 Phương pháp hấp phụ
2.3.6 Phương pháp trích
2.3.7 Phương pháp sinh học
xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật có khả năng phân hóa những hợp chất hữu cơ thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản. Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: điều kiện tự nhiên và điều kiện nhân tạo.
- Công trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:
- Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc: để sử dụng nước thải làm phân bón. Dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu 1.5m. Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất.
- Cánh đồng tưới nông nghiệp: là sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp. Trước khi đưa vào cánh đồng nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng. Chọn loại cánh đồng tùy thuộc vào đặc điểm nguồn nước thải và loại cây trồng.
- Hồ sinh học (hồ oxy hóa): là nơi diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. Theo quá trình sinh hóa hồ sinh học được chia ra làm 3 loại:
- Hồ kỵ khí: dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh học tự nhiên dựa trên sự phân giải của vi sinh vật kỵ khí.
- Hồ kỵ hiếu khí: trong hồ kỵ khí xảy ra 2 quá trình song song là oxy hóa hiếu khí và phân hủy metan cặn lắng. Nguồn oxy cung cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo.
- Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí. Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên cấp oxy chủ yếu do khuếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật, hồ làm thoáng nhân tạo cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy...
- Công trình xử lý sinh học nhân tạo
- Bể lọc sinh học (bể biophin có lớp vật liệu không ngập nước): được ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơ phân hủy sinh học trong nước thải và có thể đạt chất lượng dòng ra với nồng độ BOD tới 15mg/l. Hiệu suất làm sạch nước thải phụ thuộc vào các chỉ tiêu sinh hóa, trao đổi khối, chế độ thủy lực, kết cấu thiết bị. Trong đó, các chỉ tiêu BOD của nước cần làm sạch, chiều dày màng sinh, thành phần các vi sinh vật sống trong màng...cần được chú ý hơn. Bể lọc sinh học chia thành các loại: lọc nhỏ giọt (thông khí tự nhiên); lọc tải trọng cao (thông khí nhân tạo) và tháp lọc.
- Bể aerotank: tạo điều kiện hiếu khí cho quần thể vi sinh vật có trong nước thải phát triển tạo thành bùn hoạt tính sẽ phân hủy các chất hữu cơ và làm sạch nước. Aerotenk là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các Aerotank bằng sắt thép hình trụ khối. Thông dụng nhất hiện nay là các aerotank hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy nhằm tăng cường lượng khí oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất bấn hữu cơ có trong nước. Nước thải sau khi đã được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aerotank. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy xử lý nước thải ở aerotank được gọi là quá trình xử lý với sinh vật lơ lửng của quần thế vi sinh vật. Các bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính.
- Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxi hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ chứa trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxi đủ cho quá trình oxi hóa thì phải luôn luôn đảm bảo việc thoáng gió. Số lượng bùn tuần hoàn và số lượng không khí cần lấy phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ yêu cầu xử lý nước thải. Thời gian nước lưu trong bể aerotank không quá 12 giờ (thường là 4-8 giờ). Nước thải với bùn hoạt tính tuần hoàn sau khi qua bể lắng đợt 2. Ở đấy bùn lắng một phần đưa trở lại aerotank, phần khác đưa tới bể nén bùn. Do kết quả của việc sinh sôi nảy nở các vi sinh vật cũng như việc tách các chất bẩn ra khỏi nước thải mà số lượng bùn hoạt tính ngày một tăng, số lượng bùn thừa chẳng những không giúp ích cho việc xử lý nước thải mà nếu không lấy đi thì sẽ gây trở ngại lớn. Độ ẩm của bùn hoạt tính khoảng 98-99% trước khi đưa lên bể metan cần làm giảm thể tích. Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ xảy ra trong aetotank qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn thứ 1: tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triến. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian. Đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rấy nhiều. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân vì vậy lượng tiêu thụ oxy tăng dần.
Giai đoạn thứ 2: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy cũng ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất hữu cơ phân hủy nhiều nhất. Hoạt lực enzym của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới mức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại enzym oxi hóa của bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định. Qua các thông số hoạt động của aerotank cho thấy giai đoạn oxy hóa (tốc độ tiêu thụ oxy) rất cao, có khi gấp 3 lần giai đoạn thứ 2.
Giai đoạn thứ 3: sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hóa cầm chừng (hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm dần ,độ tiêu thụ oxy tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa các muối amon.
Sau cùng, nhu cầu oxy lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aerotank (làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxy hóa được 80- 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nấu không kịp thời tách bùn nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm khoảng 70% khối lượng cặn bùn) sẽ tự phân hủy. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein cao (60-80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon...khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.
2.4 Nghiên Cứu Của Xử Lý Nước Thải Bằng Công Nghệ Plasma
vMô hình nghiên cứu của tác giả Martynas Tichonovas, Trường Đại học công nghệ Kaunas, Đức[13]:
Tác giả nghiên cứu mô hình plasma có điện cực nhúng chìm trong nước khử màu của 13 loại thuốc nhuộm khác nhau. Trong đó, hiệu quả khử màu đạt 90-99% với thời gian xử lý 600s đối với loại thuốc nhuộm Yellow Optilan Yellow và Optilan Red.
|
Hình 2.1. Mô hình xử lý nước thải bằng công nghệ DBD của Martynas
vMô hình nghiên cứu của tác giả P.Manoj Kumar Reddy, Viện Công nghệ Ấn Độ (Indian Institute of Technology)
Tác giả P.Manoj đã nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng khí thổi vào mô hình, điều chỉnh nồng độ theo điện áp, hàm hượng Na2SO4, Fe2+ . Nghiên cứu của tác giả đã loại bỏ được màu thuốc nhuộm Methylene blue: 67g/kWh.
Hình 2.2. Mô hình xử lý nước thải bằng công nghệ DBD của P.Manoj
2.4.1 Xử lý bằng công nghệ Plasma đại học Zhejiang.
2.4.1.1 Mô hình thực nghiệm.
Hình2.3 Mô hình thực nghiệm
2.4.1.2 Thuyết minh sơ đồ mô hình.
Cấu tạo mô hình gồm có hai ống thạch anh đặt đồng trục.Toàn bộ hai ống đặt trong một bình chứa nước thải.Ống thạch anh nhỏ được lấp đầy bằng dung dịch điện phân và được nối với nguồn dương của nguồn.Nước thải nối với nguồn âm.Trong dung dịch điện phân có sodium chloride nồng độ thay đổi tới 50g/L.Trong một thí nghiệm khác thì chất điện phân trong ống thạch anh nhỏ được thay bằng một thanh đồng để so sánh đặc tính phóng điện.
Không khí khô với lưu lượng 6L/phút được thôi qua khoảng không gian giữa ống to và ống nhỏ nơi mà có sự phóng điện xảy ra.Sự phóng điện này sản sinh ra các sản phẩm chủ yếu là ozone và tia UV.Ozone được phát tán vào nước thải qua bộ khuếch tán cấu tạo gồm nhiều lỗ nhỏ li ti.
Điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ phòng,điện áp thay đổi,nồng độ pH thay đổi từ 3.2 tới 10.Để tăng khả năng phát xạ UV ,nước thải đã được thêm vào hydrogen peroxide.Nồng độ của hydrogen peroxide được thay đổi tới 23mmol/L.Trong suốt quá trình xử lý,NO2 trong không khí có thể ảnh hưởng đến nồng độ pH trong nước thải.
2.4.1.3 Kết quả đạt được.
.Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực dương tới tốc độ tạo ra ozone.
Sơ đồ2.1 ảnh hưởng của điện cực bằng nước và điện cực bằng đồng
Trong cả hai trường hợp,điện cực âm là nước thải,điện cực dương là dung dịch điện phân hoặc bằng đồng.Như ta thấy,tốc độ sản sinh ra ozone với điện cực là dung dịch điện phân cao hơn điện cực làm bằng đồng.Giải thích cho điều này chính là vì sự tiếp xúc hoàn hảo giữa dung dịch điện phân và bề mặt ống thạch anh nhỏ.Nó làm cho giảm thiểu tối đa năng lượng mất đi.Toàn bộ nặng lượng đều được phân tán vào môi trường giữa hai ống thí nghiệm.Sự khác biệt được chỉ ra ở hình sau
Hình 2.4 : (a) :Điện cực bằng dung dịch điện phân
(b) : Điện cực bằng đồng
Do sự tiếp xúc đều của dung dịch điện phân lên năng lượng được truyền đi thuận lợi hơn khi sử dụng ống đồng.
2.4.2 ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tới tốc độ sinh ozone
Sơ đồ 2.2 : ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân tới tốc độ sản sinh ozone và công suất phóng điện.
Biểu đồ trên chỉ ra ảnh hưởng của nồng độ natri clorua trong dung dịch điện phân trong ống nhỏ tới tốc độ sản sinh ozone và công suất phóng điện khi cung cấp điện áp 29,5kV.Sự kỳ vọng khi tăng nồng độ sẽ làm tăng hai yếu tố kể trên nhưng thực tế việc tăng nồng độ không ảnh hưởng nhiều tới tốc độ tạo ozone.Kết quả này được cho là do điện trở suất cao của không khí giữa hai ống. Mặc dù dòng khí thổi qua giữa hai ống dẫn điện yếu nhưng điện trở vẫn cao hơn rất nhiều điện trở của chất điện phân trong ống nhỏ.Nên một cách tổng quát thì nếu đã phóng điện được qua khoảng không giữa 2 ống thì hiển nhiên phóng được trong dung dịch điện phân.Nên nếu chỉ xét riêng yếu tố nồng độ của chất điện phân không ảnh hưởng đến sự phóng điện tương ứng không ảnh hưởng tới tốc độ tạo ozone.
2.4.3 Ảnh hưởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra tốc độ tạo ozone phụ thuộc chủ yếu vào công suất phóng điện.Mối quan hệ này được chỉ ra ở hình sau.
Sơ đồ 2.3: ảnh hưởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm.
2.4.4 Ảnh Hưởng Của Ph.
Sơ đồ 2.4 : Ảnh hưởng của PH tới sự phân hủy các chất ô nhiễm
Giá trị pH được thay đổi bằng cách cho vào dung dịch nước thải H2SO4.Nồng độ của ozone tăng không đáng kể khi tăng độ pH tuy nhiên tăng đột ngột tại mực 8.2-10.
2.4.5 Ảnh Hưởng Của Nước Oxi Già.
Sơ đồ 2.5 : Ảnh hưởng của nước oxi già khi thêm vào trong nước thải
Sơ đồ2.6 : Trường hợp chỉ có UV và UV + H2O2
Trong trường hợp chỉ có UV và UV+H2O2 hiệu quả phân hủy kém.Trường hợp chỉ có ozone thì hiệu quả phân hủy tăng nhanh.Có thể nói rằng ozone quyết định nhiều nhất tới khả năng phân hủy các chất gây ô nhiễm. Khi oxi già được thêm vào với nồng độ 1 mmol/L kết hợp với ozone thì tăng cường khả năng phân hủy là nhờ tăng lượng gốc OH trong nước thải.Tuy nhiên nếu tăng quá nhiều thì hiệu quả lại giảm đi
3. CHƯƠNG III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Công Nghệ Plasma
Lịch sử phát triển của vật liệu Plasma
- Năm 1667, Floreltre phát hiện ra rằng ngọn lửa đèn có tính dẫn điện.
- Năm 1698, Volt phát hiện ra hiện tượng phóng tia lửa điện trong không khí khi nghiện cứu sự nhiễm điện của hổ phách.
- Đầu thế kỉ 19, giáo sư Pétro đã phát minh ra hồ quang- một loại của plasma.
- Năm 1920, Langmuir mô tả thí nghiệm tạo ra khối cầu phát sáng có đặc tính giống hòn sét.
- Năm 1923: Langmuir và Tolk gọi chất khí ở trạng thái dẫn điện là plasma.
- Năm 1924, ông đưa ra khái niệm nhiệt độ điện tử và phát minh ra một số phương pháp chuẩn đoán mật độ và nhiệt độ bằng đầu dò điện.
- Định nghĩa : TheoAlexander Fridmen (2008) [8] thì plasma được định nghĩa: “Plasma là một chất khí bị ion hóa. Ion hóa có nghĩ rằng ít nhất một điện tử không bị ràng buộc với nguyên tử hay phân tử, chuyển đổi các nguyên tử hoặc phân tử thành các ion mang điện tích dương”.
|
|
Hình 3.1 Hình ảnh Pasma
Hình 3.2 Sự tương tác giữa các hạt trong Plasma.
3.2 Tiết diện hiệu dụng.
Tiết diện hiệu dụng đặc trưng cho quá trình va chạm giữa các hạt với nhau. Sự va chạm giữa hai hạt khi gặp nhau sẽ xảy ra nếu khoảng cách giữa hai tâm nhỏ hơn hoặc bằng một khoảng cách cực tiểu nào đó. Khoảng cách cực tiểu này là bán kính hiệu dụng của sự va chạm. Nếu các hạt có dạng như quả cầu đàn hồi có bán kính là r1,r2, sự va chạm sẽ xảy ra khi các hạt cách nhau một khoảng nhỏ hơn r1+r2
Khi đó :s = p(r1+r2)2
3.2.1 Khoảng đường tự do trung bình.
Khoảng đường tự do trung bìnhcủa hạt được xác định như tổng số khoảng cách của hạt giữa hai va chạm chia cho tất cả số hạt đó.
3.2.2 Tần số va chạm.
Tần số va chạm là số va chạm trong một đơn vị thời gian.
3.3 Công nghệ oxy hóa bậc cao
Định nghĩa: Các quá trình oxi hóa bậc cao là tập hợp quá trình sử lý hóa học để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hoặc các hợp chất vô cơ có trong nước, quá trình oxy hóa thông qua phản ứng với các gốc hydroxy (OH) ozon(O3) hydrozen proxidize (H202) hoặc ánh sáng tia cực tím.
Các chất oxy hóa mạnh có thể tạo ra phản ứng oxy hóa mạnh làm phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các phân tử vô cơ nhỏ như nước, cacbon dioxit, muối. Khi áp dụng phương pháp oxy hóa bậc cao thành phần các chất ô nhiễm giảm từ hàng trăm ppm xuống dưới 5ppb làm cho BOD và COD giảm xuống. Công nghệ này được xem là công nghệ xử lý nước thải thế kỷ 21.
Bảng 3.1Thế oxy hóa của một số chất oxy hóa
|
STT |
Tác nhân oxy hóa |
Thế Oxy hóa (eV) |
|
1 |
Fluorine |
2.23 |
|
2 |
Hydroxyl racdical |
2.06 |
|
3 |
Atomic Oxygen |
1.78 |
|
4 |
Ozone |
1.52 |
|
5 |
Persulfate |
1.48 |
|
6 |
Hydrogen Peroxide |
1.31 |
|
7 |
Permanganate |
1.24 |
|
8 |
Hypochlorous Acid |
1.1 |
|
9 |
Chlorine |
1 |
(Nguồn: http://www.advancedoxidation.com/)
Bảng 3.2 Hằng số tốc độ phản ứng giữa O3 và *OH với hợp chất hữu cơ trong nước
|
Hợp Chất |
O3 |
*OH |
|
Acetylences |
50 |
108 - 109 |
|
Alcohols |
10-2 - 1 |
108 - 109 |
|
Aldehydes |
10 |
109 |
|
Alkanes |
10-2 |
106 - 109 |
|
Aromatics |
1 – 102 |
108 - 1010 |
|
Carbonxylic acids |
10-3 - 10-2 |
107 - 109 |
|
Chlorinated alkenes |
10-1 - 103 |
109 - 1011 |
|
Ketones |
1 |
109 - 1010 |
|
Nitrogen-containing organics |
10 - 102 |
108 - 1010 |
|
Olefins |
1 – 450*103 |
109 - 1011 |
|
Phenols |
103 |
109 - 1010 |
|
Sulfur-containing organics |
10 - 1,6*103 |
109 - 1010 |
(Nguồn: Cater và cộng sự, 1990;Dussert, 1997)
3.4 Phân loại
Đối vơi quá trình oxy hóa bậc cao chia ra:
Oxy hóa năng cao không nhờ tác nhân ánh sáng (Aavanced Nonphotochemical Oxidation Processes): Ozone, Ozone/hydrogen peroxide,Fenton, Tia Gamma, tia X, chùm tia electron, plasma lạnh.
Oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (Aavanced Photochemical Oxidation Processes):UV/ hydrogen peroxide, UV/Ozone, UV/Ozone/ hydrogen peroxide, UV/Fenton
Hiện nay, trong công nghệ xử lý môi trường, người ta ứng dụng ngày càng nhiều các quá trình oxy hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOP); bản chất của quá trình là tạo ra các gốc tự do *OH để oxy hoá các chất hữu cơ trong môi trường nước. Gốc tự do *OH là một tác nhân oxy hoá rất mạnh, không chọn lọc và có khả năng oxy hoá nhanh chóng hầu hết các chất hữu cơ.
Do có thế oxy hoá cao nên một khi được tạo thành, gốc *OH sẽ khơi mào cho một phản ứng dây chuyền. Dạng phản ứng phổ biến của *OH với chất hữu cơ là sự tách nguyên tử hydro để bắt đầu chuỗi phản ứng oxy hoá [16].
RH + *OH ® H2O + R*
2 *OH ® H2O2
R* + H2O2 ® ROH + *OH
R* + O2 ® ROO* ROO* + RH ® ROOH + R*
Vì vậy, với sự hiện diện của oxy, sự tấn công của gốc tự do *OH sẽ khơi mào cho một chuỗi phản ứng oxy hoá, dẫn đến sự vô cơ hoá các hợp chất hữu cơ. Chẳng hạn, các hợp chất hữu cơ chứa Clo trước tiên sẽ bị oxy hoá mạnh thành các sản phẩm trung gian như aldehyt và axit carboxylic và cuối cùng thành CO2, H2O và ion Cl-.
Tốc độ oxy hoá của gốc tự do *OH phụ thuộc vào nồng độ gốc *OH, nồng độ của O2 và nồng độ của chất hữu cơ trong môi trường nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ của gốc *OH bao gồm: pH, nhiệt độ, thành phần ion trong dung dịch phản ứng và bản chất của phản ứng ….
Các phản ứng xảy ra trông quá trình Oxy hóa:
H2O2 + UV → 2 · OH
O3 + HO- → HO2 - + O2
O3 + HO2 - → HO2 · + O3
O3 - · + H + → HO3
HO3 · · → OH + O2
Vì vậy khi được sử dụng thích hợp, các quá trình oxy hoá nâng cao sẽ có khả năng xử lý triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ có nồng độ từ vài trăm ppm đến nhỏ hơn 5ppb. Vì vậy, phương pháp này được gọi là các quá trình xử lý nước của thế kỷ XXI.
.................................................................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Dựa trên những kết quả đã nghiên cứu trong luận văn có một số kết luận như sau:
- Khi điều chỉnh pH của nước thải để xử lý plasma có thể nâng cao được hiệu quả khử COD.
- Khi lưu lượng càng thấp thì hiệu quả xử lý càng cao chọn lưu lượng tối ưu 6l/ phút. Công suất càng lớn thì hiệu quả xử lý càng cao chọn công suất tối ưu là 378W ứng với U=210V và I=1,8A
- Một dấu hiệu khả quan khi thêm ion Fe2+ , hiệu quả khử COD nâng lên rất nhiều so với những thí nghiệm không thêm Fe2+ lượng Fe2+ tối ưu là 125g/m3
Kiến nghị NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ HÀNG KHÁCH SẠN TỤ ĐỘNG 5M3 NGÀY
Với những khảo sát đã thực hiện trong trong luận văn để việc nghiên cứu về công nghệ plasma lạnh trong xử lý nước thải được phát triển có một số đề xuất sau:
vMô hình hiện đang nghiên cứu
- Nghiên cứu cứu ảnh hưởng của pH nước thải đầu vào đến quá trình xử lý plasma.
- Nghiên cứu cải thiện hàm lượng Fe2+ thêm vào nước thải trong quá trình xử lý plasma để có kết quả xử lý COD và độ màu hiệu quả với chi phí thấp. Bên cạnh đó, nghiên cứu sâu hơn ảnh hưởng số điện cực, công suất, pH trong khi vận hành plasma và quan sát tốc độ tạo bông cũng như vận tốc lắng của nước thải sau quá trình xử lý có mặt Fe2+.
- Nghiên cứu xử lý plasma với các tác nhân Fenton dị thể.
- Nghiên cứu với nước thải sau keo tụ (chất keo tụ là phèn sắt) thực tế tại các nhà máy xử lý nước thải có hàm lượng sắt dư.
vNghiên cứu mô hình plasma mới:
- Nghiên cứu với mô hình mới với thiết kế dạng ống để tạo ra từ trường đều để nước thải không bị hút vệ một phía.
- Nghiên cứu chế tạo mô hình tạo được plamsma trong nước thải để tăng hiệu quả xử lý.
- Tăng công suất bộ nguồn lên hàng kw để giảm kích thước buồng plasma.
