Đang tải... (xem toàn văn)
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 9 2019 246 KHOA HỌC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON RESEACH OF WASTEWATER TREATMENT CONTAINING[.]
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON RESEACH OF WASTEWATER TREATMENT CONTAINING ORGANIC COMPOUNDS DIFFICULT TO DECOMPOSE BY FENTON METHOD Trịnh Thị Thanh 1, Trịnh Hồng Thắm1, Nguyễn Văn Hiền 1, Phạm Thị Thanh Yên 2,* TÓM TẮT Nước thải sinh từ dây chuyền sản xuất mì chứa hàm lượng cao dầu mỡ, chất hữu chất rắn lơ lửng Các chất sử dụng phương pháp học, hoá lý thơng thường sinh học khơng đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A Vì nghiên cứu tiến hành khảo sát điều kiện loại bỏ chất hữu khó phân huỷ nước thải chế biến mì phương pháp Fenton Kết khảo sát xác định pH từ - 4; nồng độ H2O2 800mg/L; nồng độ Fe+2 90mg/L hàm lượng COD nước thải giảm từ 150mg/L xuống 35mg/L đạt tiêu chuẩn xả thải môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT cột A) Từ khóa: Nước thải, Fenton, chất hữu cơ, khó phân hủy ABSTRACT Wastewater generated from processing noodles contains high levels of grease, organic matter and suspended solids These substances, if only using conventional mechanical and chemical and biological methods, not get QCVN 40:2011/BTNMT column A Therefore, in this study has conducted a survery of conditions to remove difficult organic substance decomposing in sewage processing noodles by Fenton method Survey results determined pH from - 4, H2O2 concentration of 800mg/L, Fe2+ concentration of 90mg/L, the COD content in the waste water decreased from 150mg/L to less than 35mg/L meeting the effluent standards (QCVN 40:2011 / BTNMT column A) Keywords: Wastewater, Fenton, organic substance, difficult to decompose Lớp CNKT Mơi trường - K11, Khoa Cơng nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội *Email: ptyen@gmai.com MỞ ĐẦU Nước thải chất lỏng thải sau trình sinh hoạt, sản xuất người bị thay đổi tính chất ban đầu chúng Dựa vào nguồn gốc phát sinh người ta phân loại nước thải thành: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải đô thị, nước thải bệnh viện nước thải nông nghiệp Nước thải công nghiệp nước sinh từ nhà máy, xí nghiệp khu công nghiệp Thành phần nước thải công nghiệp gồm nước thải sinh hoạt nhân viên, nước thải sản xuất từ dây chuyền công nghệ 246 Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 9.2019 Trong năm gần ngành sản xuất mỳ ăn liền Việt Nam không ngừng phát triển mạnh mẽ, không đáp ứng nhu cầu nước mà xuất sang nước khác Nhưng ý thức chấp hành bảo vệ môi trường số nhà máy hạn chế Nguồn phát sinh nước thải gồm nước thải sản xuất: chủ yếu từ công đoạn hấp, làm nguội, nhúng nước lèo…, nước thải sinh hoạt: từ hoạt động công nhân nhà máy Nước thải chế biến mỳ thường chứa hàm lượng dầu mỡ chất hữu cao, chứa lượng lớn chất rắn lơ lửng… Các chất sử dụng phương pháp học, hố lý thơng thường sinh học khơng thể xử lý triệt để nước thải không đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A Các nghiên cứu cho thấy để loại bỏ chất hữu khó phân huỷ sử dụng phương pháp oxy hố tiên tiến (AOPs) nói chung Fenton nói riêng cho hiệu xử lý cao Phương pháp Fenton dựa việc tạo thành gốc tự hydroxyl nước, có hoạt tính cao có khả oxy hóa khơng chọn lọc hợp chất hữu phân tán nước Phương pháp nhiều nhà khoa học nghiên cứu phát triển Hiện người ta không dùng tác nhân (H2O2/Fe2+) mà sử dụng kim loại chuyển tiếp Fe(II), Fe(III), Cu(I) tác dụng với H2O2 để tạo gốc *OH gọi chung tác nhân Fenton Các yếu tố ảnh hưởng tới trình Fenton đồng thể pH, nồng độ H2O2, nồng độ Fe2+ anion vơ Vì nghiên cứu tiến hành khảo sát điều kiện thích hợp để loại bỏ chất hữu khó phân huỷ thải chế biến mì phương pháp Fenton THỰC NGHIỆM Hóa chất: H2SO4, NaOH, Na2C2O4, KMnO4, Ag2SO4, (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O, dung dịch chuẩn PO43-, Diphenylamin, bột đồng, bột nhôm, H2O2 tinh khiết dùng phân tích Các hố chất cơng nghiệp sử dụng q trình xử lý PAC, Polymer Anion, FeSO4 Dụng cụ thí nghiệm gồm: Các dụng cụ thủy tinh cần thiết, bếp điện, ống phá mẫu COD, máy phá mẫu COD DRB200 - Hach, tủ sấy UN110 - Memmert, máy cất đạm Kjeldahl UDK129 - Velp, máy khuấy trục HS - 30T - Wisestir, SCIENCE - TECHNOLOGY máy đo quang phổ Genesys 10 UV/VIS - Thermo, cân phân tích ba số Sartorius Nước thải lấy từ bể chứa nước thải nhà máy chế biến mỳ - Khu công nghiệp Tiên Sơn, xã Hoàn Sơn, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh Sử dụng can 20l để chứa mẫu vận chuyển phịng thí nghiệm đánh giá hàm lượng BOD, COD, tổng nito, tổng photpho, TSS, dầu mỡ Lấy lít nước thải tiến hành xử lý sinh học COD nước không đổi (< 150ml/l), lọc lấy nước sau tiến hành khảo sát điều kiện xử lý Fenton thể hình Hình Sơ đồ khảo sát trình xử lý nước thải Fenton Khảo sát ảnh hưởng pH: Cho 50ml nước thải sau xử lý sinh học vào cốc, điều chỉnh pH cốc có giá trị tăng dầu từ 1,5 đến 6,5, cho 90mg/l muối Fe2+, 800mg/l H2O2 khuấy 60 phút Dừng khuấy, nâng pH mẫu lên - NaOH, để lắng, lọc, đem nước đo giá trị COD Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2, Fe2+ tiến hành tương tự khác cố định pH - thay đổi nồng độ H2O2 khoảng từ 200mg/L đến 1800mg/l thay đổi nồng độ Fe2+ từ 30mg/l đến 210mg/l Bảng Thành phần chất có nước thải cơng nghiệp chế biến mì STT Thơng số Đơn vị Kết 3 BOD COD T-N (Tính theo N) T- P (Tính theo P) TSS Dầu mỡ mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 508 875 29 3,6 154 133 QCVN40:2011/BTNMT A B 30 50 75 150 20 40 6 50 100 10 3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH tới trình xử lý nước thải Fenton Các kết nghiên cứu trước cho thấy pH yếu tố ảnh hưởng lớn tới hiệu xử lý chất ô nhiễm nước Fenton Vì nghiên cứu tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH lên hiệu loại bỏ COD Kết thể hình cho thấy tăng pH từ 1,5 lên 3,5, hiệu loại bỏ COD tăng từ 46,0% lên 80,7% sau giảm dần Hiệu loại bỏ COD thay đổi không lớn pH tăng từ lên 4, nhiên giảm mạnh pH tăng từ lên 5,5 gần không đổi pH tiếp tục tăng lên 6,5 Nguyên nhân tượng pH đóng vai trị quan trọng chế hình thành gốc HO* phản ứng Fenton Khi pH > 3, hình thành gốc HO* diễn chậm dần Fe2+ bị hoạt tính xúc tác mà tạo thành Fe(OH)3 kết tủa, kết lượng HO* sinh giảm Cùng xu hướng đó, pH nhỏ 3, phản ứng hệ diễn chậm hình thành phức Do đó, chọn giá trị pH tối ưu từ - Hình Ảnh hưởng pH tới hiệu loại bỏ COD nước 3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 tới trình xử lý nước thải Fenton KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá thành phần chất nước thải chế biến mì Nước thải sau lấy tiến hành phân tích số tiêu, kết thể bảng Kết cho thấy hàm lượng chất nước vượt tiêu chuẩn cho phép xả thải ngồi mơi trường đặc biệt hàm lượng hữu vượt QCVN40:2011/BTNMT cột A lần cột B lần, cần phải xử lý Hình Ảnh hưởng nồng độ H2O2 tới hiệu loại bỏ COD Số 9.2019 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 247 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Kết hình cho thấy, tăng lượng H2O2 từ 200mg/L lên 800mg/L, hiệu loại bỏ COD tăng từ 24,8% lên 80,9% Đó tăng nồng độ H2O2 đồng nghĩa với việc gia tăng số lượng gốc tự HO* hệ phản ứng Các gốc tự tham gia phản ứng với chất hữu nước, chuyển chúng thành chất vô cơ, nên nồng độ COD giảm Tiếp tục tăng lượng H2O2 từ 800mg/L đến 1600mg/L hiệu loại bỏ COD khơng tăng mà lại giảm nhanh từ 80,9% xuống 56,8% Điều giải thích lượng H2O2 dư tham gia phản ứng với gố HO* tạo thành nước oxygen nên làm giảm lượng gốc tự Đồng thời, phần gốc tự HO* có xu hướng kết hợp lại với dẫn đến giảm số lượng gốc tự hệ theo phương trình HO* + H2O2 → H2O + O2 (1) HO* + *OH → H2O2 (2) 3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe2+ tới trình xử lý nước thải Fenton Nồng độ Fe2+ yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu xử lý nước Fenton Hình biểu diễn ảnh hưởng nồng độ Fe2+ lên hiệu loại bỏ COD nước thải Khi tăng lượng Fe2+ từ 30mg/L lên 210mg/L hiệu loại bỏ COD tăng lên đạt cực đại nồng độ 90mg/L với hiệu loại bỏ 80,1%, sau giảm xuống cịn 57,4% Đó Fe2+ chất xúc tác cho trình phân hủy H2O2 nhằm tạo gốc HO* Khi lượng Fe2+ tăng, khả xúc tác Fe2+ tăng, lượng gốc tự tạo nhiều hơn, thúc đẩy nhanh q trình khống hóa chất hữu Việc tăng nồng độ Fe2+ cao nước gây cản trở hiệu loại bỏ COD lúc Fe2+ trở thành tác nhân bắt tóm HO* theo phản ứng Vậy lượng Fe2+ tối ưu 90mg/L Fe2+ + HO* → Fe3+ +OH (3) Hình Ảnh hường nồng độ Fe2+ tới hiệu loại bỏ COD 248 Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 9.2019 KẾT LUẬN Nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng yếu tố tới hiệu loại bỏ COD nước thải chế biến mì phương pháp Fenton pH từ - 4; nồng độ H2O2 800mg/L; nồng độ Fe+2 90mg/L hàm lượng COD nước thải giảm từ 150mg/L xuống 35mg/L đạt tiêu chuẩn xả thải môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT cột A) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Đức Thẩm, 2002 Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học NXB Giáo dục [2] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung, 2006 Các q trình oxy hóa bậc cao xử lý nước nước thải - Cơ sở khoa học ứng dụng NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, 2002 Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải NXB Khoa học Kỹ thuật [4] I Gulkaya, A.G Surucu, B.F Dilek, 2006 Important of H2O2/Fe2+ ratio in Fenton’s treatment of a carpet dyeing wastewater Journal of Hazadous Materials, 136, 763 - 769