Xử lý nước thải bị ô nhiễm nặng
Một số ứng dụng cho ozon hóa và AOP liên quan trong xử lý nước thải có sẵn. Ví dụ về việc sử dụng ozone để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải là sản xuất giấy và bột giấy, chế biến dầu đá phiến, sản xuất thuốc trừ sâu, sản xuất thuốc nhuộm, dệt nhuộm và sản xuất dược phẩm. Hai ứng dụng quan trọng, xử lý nước thải từ ngành dệt may và từ bột giấy và nhà máy giấy, được thảo luận dưới đây.
(i) Nước thải dệt nhuộm – Nước thải dệt nhuộm là một trong những loại nước thải rất khó xử lý đạt yêu cầu vì chúng rất khác nhau về thành phần và chứa một số hợp chất khó xử lý khác nhau. Nước thải được tạo ra ở các giai đoạn khác nhau của quá trình nhuộm khác nhau về thành phần và nhiệt độ. Tải lượng ô nhiễm cao chủ yếu là do các bể nhuộm đã qua sử dụng. Thành phần của chúng là các hợp chất nhuộm chưa phản ứng, chất phân tán (chất hoạt động bề mặt), muối và các chất hữu cơ được rửa sạch khỏi vật liệu trải qua quá trình nhuộm. Dựa trên kiểm kê chất thải độc hại của EPA, hàng năm có khoảng 2200 tấn bốn loại thuốc nhuộm độc hại được thải vào các công trình xử lý thuộc sở hữu công cộng.
Các phương pháp cổ điển được sử dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm nhiều sự kết hợp khác nhau của các quá trình sinh học (bùn hoạt tính), vật lý và hóa học. Các phân tử thuốc nhuộm là các polyme có cấu trúc cao, do đó rất khó bị phá vỡ về mặt sinh học và không thể được xử lý hiệu quả bằng quy trình bùn hoạt tính hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của phương pháp đông tụ sinh học, hóa học và vật lý. Bên cạnh đó, nhược điểm chính của các quy trình này là tạo ra một lượng lớn bùn hoặc chất thải rắn, dẫn đến chi phí vận hành cao cho việc xử lý và tiêu hủy bùn.
Dự án thực tế: Ozone xử lý màu nước thải
Các công nghệ thay thế khác nhau để xử lý nước thải dệt nhuộm liên quan đến ứng dụng ozone đã được đề xuất trong tài liệu. Một nghiên cứu so sánh về quá trình oxy hóa thuốc nhuộm phân tán bằng các quy trình điện hóa, ozone, hypochlorite và quy trình Fenton đã được báo cáo bởi Szpyrkowicz et al . Sự kết hợp của các công nghệ thay thế này với các phương pháp cổ điển đã được đề cập cho phép thu được khả năng khử màu và giảm COD rất tốt của nước thải dệt nhuộm để đáp ứng các yêu cầu xả thải.
Trong trường hợp đặc biệt của ứng dụng ozon, hiệu suất ozon hóa phụ thuộc vào tổng lượng cacbon hữu cơ có trong nước thải đầu ra. Đối với nước thải thuốc nhuộm có độ bền thấp, quá trình ozon hóa là đủ để loại bỏ hoàn toàn màu và giảm độ đục. Tuy nhiên, đối với nước thải có cường độ trung bình và cao, quá trình ozon hóa được cho là đủ để giảm màu, nhưng không đủ để giảm độ đục. Do đó, quá trình đông tụ nước thải dệt nhuộm sử dụng nhôm sunfat (~ 60 mg dm -3 cho giá trị TOC ~ 600-1000 ppm) hoặc các polyme được thiết kế đặc biệt là cần thiết. Theo báo cáo của Tzitzi et al . Ozon hóa nước thải sau quá trình đông tụ-kết tủa, trong các điều kiện tương tự như ozon hóa nước thải thô, thể hiện khả năng khử màu hiệu quả hơn (> 90%) và giảm COD (> 30%), trong khi khả năng phân hủy sinh học tăng lên.
Sau quá trình phân hủy ban đầu thông qua các quá trình oxy hóa thay thế, carbon hữu cơ còn lại được tạo ra trong quá trình khoáng hóa một phần có thể được phân hủy hiệu quả hơn nữa bằng cách sử dụng quy trình bùn hoạt tính. Do đó, sự kết hợp giữa quá trình ozon hóa với đông tụ hóa học thích hợp và quy trình bùn hoạt tính là một công nghệ thay thế đầy hứa hẹn để xử lý nước thải ngành dệt may, giúp giảm lượng bùn thải và đáp ứng các yêu cầu.
Sự xuống cấp của thuốc nhuộm được sử dụng trong ngành dệt may sử dụng các AOP khác nhau đã được báo cáo trong tài liệu. Theo Shu và Huang, người đã nghiên cứu quá trình oxy hóa hóa học của thuốc nhuộm azo không phân hủy sinh học bằng quá trình ozon hóa và quang oxy hóa trong lò phản ứng ôzôn quang hóa UV quy mô thí điểm, ánh sáng tia cực tím không làm tăng đáng kể khả năng phân hủy của phản ứng ozon hóa .
(ii) Nước thải nhà máy giấy và bột giấy ?? Một lượng rất lớn các hợp chất gây ô nhiễm có màu (200 đến 300 kg tấn -1 bột giấy), chủ yếu là chlorolignin, được tạo ra trong quá trình tẩy trắng thông thường của bột giấy kraft gỗ mềm. Hầu hết các hợp chất này có khối lượng mol cao (> 1 kDa) và có khả năng chống lại sự suy thoái sinh học thông thường, do đó, đòi hỏi một công nghệ thay thế để xử lý nước thải. Phát triển công nghệ mới để xử lý nước thải của các nhà máy giấy và bột giấy là một vấn đề rất quan trọng do nhu cầu cấp thiết để đáp ứng các quy định hiện hành về môi trường. Do đó, cần phải đặc biệt chú ý đến cái gọi là “Công nghệ hoàn toàn không chứa clo”, bao gồm việc sử dụng các quá trình oxy hóa thay thế để thay thế ClO 2 nhằm cung cấp phương pháp xử lý nước thải tốt hơn, an toàn hơn.
Ozone là một công nghệ hiện tại đã trưởng thành và chứng tỏ khả năng của nó như một hóa chất hiệu quả và kinh tế được sử dụng trong xử lý nước thải tiên tiến trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy. Trên thực tế, việc sử dụng phương pháp xử lý nước thải tiên tiến trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy bao gồm sự kết hợp của ozone với các lò phản ứng màng sinh học cố định là một trong những quy trình xử lý nước thải cấp ba hiệu quả nhất để loại bỏ tối đa COD, màu và AOX (Halogens hữu cơ có thể hấp thụ) với liều lượng ôzôn tối thiểu. Công nghệ này giúp loại bỏ hiệu quả các chất gây ô nhiễm và xáo trộn (thay vì chỉ tách chúng ra như được thực hiện với kết tủa) và chuyển cặn oxy hóa thành một lượng nhỏ bùn dư sinh học.
Các thông số khuếch tán ôzôn, i . e ., kích thước và sự phân bố bong bóng, thời gian phản ứng và mô hình thủy động lực học, là yếu tố quyết định đối với bề mặt / màng hoặc phản ứng khối, do đó trở thành yếu tố kinh tế chính để loại bỏ một số loại chất hữu cơ bằng cách chuyển COD “cứng” khó phân hủy thành các hợp chất phân hủy sinh học như được đo bằng nhu cầu oxy sinh học (BOD). Kết quả của các thử nghiệm hàng loạt trong phòng thí nghiệm và thí điểm đối với các loại nước thải khác nhau của nhà máy, được trình bày bởi Helbe et al ., cho thấy việc xử lý nước thải sinh học với nồng độ BOD tương đối thấp sau quá trình ozon hóa đòi hỏi công nghệ màng sinh học, tức là., bộ lọc sinh học, để xử lý sinh học tiếp theo, vì các quá trình sinh học cổ điển như hệ thống bùn hoạt tính không thể hoạt động tốt với lượng nước thải có tải trọng thấp dự kiến này. Ngoài ra, nếu yêu cầu hiệu quả loại bỏ COD cao hơn 50%, thì phải tiến hành xử lý nâng cao bằng ozone và lọc sinh học trong hai giai đoạn. Các thử nghiệm thí điểm với hiệu quả loại bỏ COD cao hơn 80% đã đạt được với mức tiêu thụ ozone cụ thể là 0,6 đến 0,8 kg O 3 / kg COD được loại bỏ sau bộ lọc sinh học. Phân tích chi phí cho thấy chi phí tăng thêm cho một nhà máy giấy thể hiện sự gia tăng theo đơn đặt hàng 1% của chi phí sản xuất giấy.
Các ứng dụng tiềm năng khác của ozone trong xử lý nước thải – Ozone cũng có thể được sử dụng với một số loại nước thải khác nhau có chứa chất thải hữu cơ ( ví dụ như các hợp chất phenolic) và thuốc trừ sâu. Việc xử lý và loại bỏ các hợp chất này là một trong những mục tiêu chính của ngành công nghiệp xử lý nước và nước thải, do đó, những tiến bộ không ngừng đang được thực hiện để cải thiện công nghệ loại bỏ.
Tài liệu về quá trình ozon hóa của hơn 30 loại thuốc trừ sâu đã được Reynolds xem xét , người đã báo cáo rằng thuốc trừ sâu phospho hữu cơ thường dễ bị oxy hóa bởi quá trình ozon hóa hơn so với thuốc trừ sâu clo hữu cơ, trong khi hầu hết các loại thuốc trừ sâu organonitrogen và phenol đều dễ dàng bị oxy hóa thông qua quá trình ozon hóa.
Máy ozone được nhiều doanh nghiệp lựa chọn để xử lý nước thải
Khả năng phân hủy sinh học ?? Khi quá trình ozon hóa được đặt ở thượng nguồn của quá trình lọc sinh học, và các điều kiện môi trường như oxy hòa tan, pH và nhiệt độ thuận lợi, hoạt động vi sinh vật được tăng lên trong bộ lọc và khả năng phân hủy sinh học của cacbon hữu cơ hòa tan được tăng cường. Việc bổ sung ozone không chỉ làm tăng khả năng phân hủy sinh học của các chất hữu cơ hòa tan mà còn đưa vào nước một lượng lớn oxy, do đó tạo ra một môi trường tuyệt vời cho sự phát triển sinh học trên các phương tiện lọc. Những lợi thế của lọc hoạt tính sinh học ở hầu hết các nhà máy Mỹ sử dụng ozone đã được thảo luận bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ.
Trong trường hợp nước thải đầu ra bị ô nhiễm nặng có chứa một lượng đáng kể các chất hữu cơ khó ăn mòn, cần phải tăng cường khả năng phân hủy sinh học của nước thải trước khi đưa nó vào lò phản ứng sinh học. Quá trình ozon hóa rất hiệu quả trong việc oxy hóa một phần các chất hữu cơ trong nước thải thành các hợp chất phân hủy sinh học có thể được loại bỏ bằng cách lọc hoạt tính sinh học.
Các nghiên cứu khác nhau liên quan đến việc điều tra tăng cường khả năng phân hủy sinh học đối với một số loại nước thải công nghiệp khác nhau sau khi ứng dụng ozone đã được báo cáo trong tài liệu. Việc hợp lý hóa các kết quả được trình bày trong các nghiên cứu này cho phép kết luận rằng việc tăng cường khả năng phân hủy sinh học sau khi ứng dụng ozone phụ thuộc vào một số thông số: (i) các đặc tính nội tại của nước thải được xử lý; (ii) thời gian phản ứng, và (iii) tải lượng ôzôn. Xét trên khía cạnh này, các biến số này đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng phân hủy sinh học và do đó, việc tối ưu hóa các điều kiện vận hành được áp dụng trong xử lý nước thải là cần thiết để đạt được các yêu cầu về khả năng phân hủy sinh học.
Xem thêm:
Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 1)
Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 2)
Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 4)
