Nghiên cứu sử dụng cao lanh cho quá trình fenton dị thể xử lý nước thải dệt nhuộm

LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận trƣớc tiên em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm khoa Quản lý Tài nguyên Rừng Môi trƣờng, cảm ơn thầy cô truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt trình học tập rèn luyện trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Huy Định thầy Đặng Thế Anh nhiệt tình hƣớng dẫn em hồn thành tốt khóa thực tập Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Trung tâm Phân tích mơi trƣờng ứng dụng cơng nghệ địa khơng gian giúp đỡ em suốt trình tiến hành thực tập khóa luận Cuối em xin bày tỏ biết ơn tới gia đình, ngƣời thân bạn bè giúp đỡ em suốt trình thực tập Bƣớc đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực xử lý nƣớc thải, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Đồng thời trình độ lý luận nhƣ kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô để kiến thức em lĩnh vực đƣợc hồn thiện Cuối em kính chúc quý thầy, cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 17 tháng năm 2017 Sinh viên thực Tạ Thị Phƣơng Thảo TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận “Nghiên cứu sử dụng cao lanh cho trình Fenton dị thể xử lý nước thải dệt nhuộm “ Sinh viên thực : TẠ THỊ PHƢƠNG THẢO Giáo viên hƣớng dẫn : TS VŨ HUY ĐỊNH ThS ĐẶNG THẾ ANH Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát : Cao lanh vật liệu có giá thành rẻ, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng Việc biến tính cao lanh nhằm góp phần tìm vật liệu có khả làm xúc tác cho trình Fenton dị thể xử lý nƣớc thải dệt nhuộm Mục tiêu cụ thể : - Tìm đƣợc điều kiện biến tính cao lanh thành vật liệu có khả xúc tác để áp dụng phƣơng pháp hấp phụ oxy hóa nâng cao Fenton cho đối tƣợng chất hữu khó phân hủy - Xác định điều kiện phù hợp nồng độ H2O2, độ pH, nhiệt độ, hàm lƣợng vật liệu biến tính áp dụng q trình Fenton sử dụng cao lanh biến tính xử lý dung dịch phẩm màu - Đánh giá khả áp dụng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) trình Fenton xử lý dung dịch phẩm màu nƣớc thải dệt nhuộm Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện biến tính cao lanh thành vật liệu có khả xúc tác - Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến kỹ thuật Fenton, sử dụng vật liệu biến tính cao lanh – sắt(III) - Khảo sát hiệu xử lý kỹ thuật Fenton / cao lanh-Fe(III) cho đối tƣợng dung dịch phẩm màu phổ biến nƣớc thải dệt nhuộm Đối tƣợng nghiên cứu - Cao lanh – loại đất sét màu trắng đƣợc khai thác mỏ cao lanh xã Dị Nậu, huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ - Phẩm nhuộm nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc sử dụng để đánh giá khả xử lý xúc tác Cao lanh-sắt(III) phản ứng Fenton Tóm tắt kết Qua q trình tiến hành thí nghiệm, ta thu đƣợc kết nhƣ sau : - Đƣa đƣợc quy trình biến tính cao lanh: Khi khảo sát lƣợng sắt(III) thêm vào để biến tính cao lanh ta có điều kiện phù hợp để biến tính cao lanh thành vật liệu xúc tác 10g cao lanh / 2,16g FeCl3.6H2O nung nhiệt độ 5000C - Cấu trúc bề mặt vật liệu cao lanh-sắt(III) đƣợc xác định phƣơng pháp SEM cho thấy bề mặt cao lanh sau biến tính có cấu trúc đặc khít Ngồi ra, bề mặt cấu trúc cao lanh có khoảng trống lớn hòa tan tạo điều kiện cho tiểu phân chứa sắt bám bề mặt cao lanh hình thành trung tâm xúc tác hệ xúc tác - Tìm đƣợc điều kiện tiến hành kỹ thuật Fenton sử dụng cao lanh, xử lý phẩm màu, nƣớc thải dệt nhuộm : Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu xuất xử lý phẩm màu Reactive Yellow 160, Direct Red 239, Direct Red 224, Direct Blue 199 Arid Red 23 nồng độ 50 ppm áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) thu đƣợc điều kiện thích hợp : hàm lƣợng vật liệu xúc tác cao lanh-sắt(III) 3,75 g/L; thể tích H2O2 30% 0,1 ml; pH 2, nhiệt độ phòng - Đánh giá đƣợc khả áp dụng kỹ thuật Fenton xử lý cao lanh biến tính cho đối tƣợng nƣớc thải dệt nhuộm, phẩm màu, kết xử lý COD mẫu phẩm cho hiệu suất xử lý cao Khảo sát khả áp dụng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) xử lý COD dung dịch phẩm nhuộm mẫu mƣớc thải dệt nhuộm Kết cho thấy dung dịch phẩm nhuộm nƣớc thải sau xử lý nằm giới hạn cho phép xả thải so với QCVN 13 : 2015/BTNMT – quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ .1 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Ngành dệt may Việt Nam 1.2.Nƣớc thải dệt nhuộm chứa hợp chất hữu khó phân hủy 1.2.1.Nƣớc thải dệt nhuộm 1.2.2.Một số nhóm thuốc nhuộm đƣợc dùng Việt Nam 1.2.3.Nguồn gốc phát sinh nƣớc thải dệt nhuộm 10 1.2.4.Thành phần, tính chất nƣớc thải dệt nhuộm 11 1.2.5.Khả gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc thải ngành công nghiệp dệt nhuộm 15 1.3.Tổng quan phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 16 1.3.1.Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp học 16 1.3.2.Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp hóa học 17 1.3.3.Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp hóa lý 17 1.3.4.Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp hấp thụ 17 1.3.5.Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp sinh học 18 1.3.6.Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp oxy hóa nâng cao 18 1.3.7.Q trình Fenton 23 1.3.8.Nghiên cứu ứng dụng trình Fenton vào xử lý nƣớc thải dệt nhuộm nƣớc 26 1.4.Tổng quan cao lanh 29 1.4.1.Nguồn gốc phát sinh 29 1.4.2.Tính chất hóa lý cao lanh 29 1.4.3.Ứng dụng cao lanh 30 CHƢƠNG II : MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1.Mục tiêu nghiên cứu 33 2.2.Nội dung nghiên cứu 33 2.3.Đối tƣợng nghiên cứu 33 2.4.Dụng cụ, hóa chất thiết bị sử dụng 36 2.4.1.Dụng cụ 36 2.4.2.Thiết bị 37 2.5.Phƣơng pháp nghiên cứu 38 2.5.1.Phƣơng pháp biến tính cao lanh 38 2.5.2.Phƣơng pháp xác định cấu trúc bề mặt vật liệu (SEM) 38 2.5.3.Phƣơng pháp theo dõi nồng độ phẩm nhuộm 38 2.5.4.Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) có dung dịch phẩm nhuộm mẫu nƣớc thải dệt nhuộm 40 CHƢƠNG III : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43 3.1.Nghiên cứu biến tính cao lanh 43 3.1.1.Điều kiện biến tính cao lanh 43 3.1.2.Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng sắt đến hoạt tính xúc tác 43 3.1.3.Đặc tính bề mặt cao lanh biến tính 45 3.2.Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch phẩm nhuộm 46 3.2.1.Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng dung dịch phẩm nhuộm 46 3.2.2.Xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch phẩm nhuộm 48 Bảng 3.3 Đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch phẩm nhuộm 48 3.3.Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu dùng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) 49 3.3.1.Ảnh hƣởng hydropeoxit H2O2 50 3.3.2.Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu xúc tác R-Fe(III) 52 3.3.3.Ảnh hƣởng pH 53 3.3.4.Ảnh hƣởng nhiệt độ môi trƣờng phản ứng 55 3.3.5.Ảnh hƣởng anion vô Clorua (Cl)-, Nitrat (NO3-), Sunfat (SO42-) đến trình xử lý phẩm nhuộm RY 160 xúc tác RM-Fe(III) 56 3.3.6.Nghiên cứu tái sử dụng xúc tác R-Fe(III) 60 3.4.Nghiên cứu áp dụng trình Fenton/cao lanh-sắt(III) với phẩm màu : Direct Blue 199, Direct Red 224, Direct Red 239, Acid Red 23 61 3.5.Khảo sát khả áp dụng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) vào xử lý COD dung dịch phẩm nhuộm nƣớc thải dệt nhuộm 62 3.5.1.Nghiên cứu xử lý COD phẩm màu 62 3.5.2.Nghiên cứu xử lý COD mẫu nƣớc thải dệt nhuộm 63 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 66 Kết luận 66 Tồn 66 Kiến nghị 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các chất nhiễm đặc tính nƣớc thải ngành dệt nhuộm 12 Bảng 1.2 Số oxi hóa mơt số tác nhân oxi hóa thƣờng gặp 19 Bảng 1.3 So sánh phản ứng Fenton đồng thể Fenton dị thể dƣới miêu tả khác 22 Bảng 2.1 Cấu tạo phẩm màu 35 Bảng 2.2 Các dụng cụ đƣợc sử dụng cho nghiên cứu 36 Bảng 2.3 Các thiết bị đƣợc sử dụng 37 Bảng 2.4 Các loại hóa chất đƣợc sử dụng trình nghiên cứu 37 Bảng 3.1 Lƣợng muối FeCl3.6H2O / cao lanh 44 Bảng 3.2 Bƣớc sóng hấp thụ cực đại phẩm màu 46 Bảng 3.3 Đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch phẩm nhuộm 48 Bảng 3.4 Thể tích H2O2 đƣợc đƣa vào để xử lý 51 Bảng 3.5 Lƣợng chất xúc tác đƣợc đƣa vào để xử lý 52 Bảng 3.6 COD dung dịch phẩm màu sau xử lý xúc tác R-Fe(III) 62 Bảng 3.7 COD mẫu nƣớc thải trƣớc sau xử lý xúc tác R-Fe(III) 64 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Fenton đồng thể Fenton dị thể 20 Hình 2.1 Cơng thức cấu tạo Cao lanh 34 Hình 3.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng muối Fe3+ vật liệu biến tính đến hiệu suất xử lý phẩm màu RY 160 43 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu cao lanh sau biến tính kích thƣớc khác 45 Hình 3.3 Phổ UV-vis phẩm nhuộm RY 160 (A), DR 224 (B), DR 239 (C), AR 23 (D), DB 199 (E) 47 Hình 3.4 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm màu 49 RY 160 (A), DR 224 (B), DR 239 (C), AR 23 (D), DB 199 (E) 49 Hình 3.5 Ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 51 Hình 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất xúc tác R-Fe(III) 52 Hình 3.7 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lý 54 Hình 3.8 Ảnh hƣởng nhiệt độ môi trƣờng 55 Hình 3.9 Ảnh hƣởng Anion Cl- 57 Hình 3.10 Ảnh hƣởng anion SO42- 58 Hình 3.11 Ảnh hƣởng anion NO3- 59 Hình 3.12 Hiệu suất tái sử dụng xúc tác R-Fe(III) 60 Hình 3.13 Hiệu suất xử lý phẩm nhuộm xúc tác R-Fe(III) 61 Hình 3.14 Biểu đồ thể nồng độ COD trƣớc sau xử lý xúc tác cao lanh-sắt(III) hiệu suất xử lý COD phẩm màu 63 Hình 3.15 Biểu đồ thể nồng độ COD trƣớc sau xử lý xúc tác cao lanh-sắt(III) hiệu suất xử lý COD nƣớc thải dệt nhuộm 64 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Cao lanh-sắt(III) R-Fe(III) Nhu cầu oxy hóa học COD Reactive Yellow 160 RY 160 Direct Red 224 DR 224 Direct Red 239 DR 239 Arid Red 23 AR 23 Direct Blue 199 DB 199 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trƣớc phát triển ngày lớn mạnh đất nƣớc kinh tế xã hội, đặc biệt phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng sống ngƣời Trong thời đại công nghiệp với phát triển kinh tế kéo theo ảnh hƣởng tới môi trƣờng vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc mối quan tâm lớn xã hội Công nghiệp ngành kinh tế to lớn thuộc lĩnh vực sản xuất vật chất, giữ vai trò chủ đạo kinh tế quốc dân Sản phẩm công nghiệp không đáp ứng nhu cầu đa dạng phong phú ngƣời tiêu dùng mà cịn cung cấp ngun liệu cho nhiều ngành kinh tế khác Tuy nhiên, ngồi sản phẩm có ích, hoạt động sản xuất cơng nghiệp cịn thải môi trƣờng lƣợng rác thải khổng lồ làm ô nhiễm mơi trƣờng Đây vấn đề tồn cầu, đƣợc tất quốc gia giới quan tâm Việt Nam không ngoại lệ Ở nƣớc ta, chất thải công nghiệp gây ô nhiễm khơng khí, đất nƣớc Đặc biệt nhiễm mơi trƣờng nƣớc nghiêm trọng Các nguồn nhiễm nƣớc khác có chứa hỗn hợp độc hại từ chất ô nhiễm hữu vơ cơ, thêm vào kim loại nặng có tác động xấu đến mơi trƣờng, đời sống thủy sinh ngƣời (theo điều tra có khoảng 25% dân số giới bị mắc số bệnh có liên quan đến vấn đề nhiễm nguồn nƣớc) Giải vấn đề ô nhiễm môi trƣờng thời kỳ đẩy mạnh cơng nghiệp hóa – đại hóa, khơng địi hỏi cấp thiết cấp quản lí, doanh nghiệp mà cịn trách nhiệm hệ thống trị tồn xã hội Nguồn gốc nhiễm mơi trƣờng nƣớc chủ yếu nguồn nƣớc thải không đƣợc xử lý thải trực tiếp môi trƣờng bao gồm từ: hoạt động sản xuất công nghiệp, nơng nghiệp, sinh hoạt, vui chơi giải trí Trong đó, nƣớc thải từ hoạt động cơng nghiệp có ảnh hƣởng nhiều đến mơi trƣờng tính đa dạng phức tạp Trong nƣớc thải công nghiệp, thành phần khó xử lý chất hữu khó phân hủy sinh học Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng lớn ngành dệt nhuộm Bên cạnh cơng ty, nhà máy cịn có hàng ngàn [Fe(Cl)2+] + hv  Fe2+ + ClCl + Cl  Cl2 Phức FeCl2+ cạnh tranh với phức Fe(OH)2+ việc hấp thu xạ UV dẫn đến giảm tốc độ sinh gốc tự OH Sự diện gốc tự vô nhƣ Cl , ClOH- có xu hƣớng kìm hãm tốc độ phân hủy chất, cản trở hình thành gốc tự hydroxyl [25] Vậy có mặt anion Cl- dù nồng độ ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm nhuộm RY 160 3.3.5.2 Anion sunfat (SO42-) Tƣơng tự nhƣ ion Cl- , có mặt ion SO4 2- ảnh hƣởng lên hiệu khống hóa chất hữu đƣợc thể Hình 3.10 100 Hiệu suất (%) 80 60 0.25M 40 0.5M 20 0 20 40 60 Thời gian (phút) 80 100 120 Hình 3.10 Ảnh hƣởng anion SO42(điều kiện thí nghiệm : VRY 160 = 200ml, [R-Fe(III) ] = 3,75g/l, VH2O2 = 0,1ml, t = 120 phút, pH 2) Anion SO4 2- hình thành phức với ion Fe2+ Fe3+ dạng : FeSO4, Fe(OH)2+ FeSO4 + Quá trình làm giảm nồng độ Fe2+ Fe3+ hệ mà nồng độ ion đóng vai trị quan trọng việc tạo gốc tự có hoạt tính cao Ngồi ra, SO4 2- cịn tham gia bắt tóm gốc tự OH tạo gốc tự khác có hoạt tính oxy hóa thấp [21] 58 SO4 2- + OH  OH- + SO42Một lƣợng dƣ SO4 2- làm tăng nhẹ hiệu khống hóa chất hữu tƣơng tác với phân tử nƣớc tạo OH [25]: SO4 2- + H2O  H+ + SO4 2- + OH Vậy có mặt anion SO4 2- , hiệu xử lý phẩm nhuộm bị ảnh hƣởng, hiệu suất xử lý phẩm nhuộm giảm từ 75% xuống 57% nồng độ SO42- 0,25M hiệu suất không thay đổi nồng độ SO42- tăng lên 0,5M 57% 3.3.5.3 Anion nitrat (NO3-) Cũng tƣơng tự nhƣ với anion trên, bổ sung lƣợng ion NO3- xác định vào phản ứng hiệu suất giảm Cụ thể, bổ sung ion NO3- với nồng độ 0,25M hiệu suất giảm xuống 68% tăng lên 69% nồng độ ion NO3- tăng lên 0,5M Đƣợc thể hình 3.11 100 Hieuj suất (%) 80 60 0.25M 40 0.5M 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.11 Ảnh hƣởng anion NO3(điều kiện thí nghiệm : VRY 160 = 200ml, [R-Fe(III) ] = 3,75g/l, VH2O2 = 0,1 ml, t = 120 phút, pH 2) Tóm lại, diện anion Cl- , SO42-, NO3- dẫn đến cạnh tranh gốc tự OH- với hợp chất hữu Các anion vô tham gia phản ứng với gốc tự hydroxyl để tạo thành gốc tự vơ khác có hoạt tính oxy hóa thấp Ngồi ra, anion Cl- SO42- cịn tạo phức với Fe2+ Fe3+ Các phản ứng 59 ảnh hƣởng lên dạng tồn sắt hệ phản ứng làm giảm hoạt tính sắt với H2O2 Hiệu xuất xử lý phẩm nhuộm RY 160 q trình UV/Fenton giảm có diện ba anion trên, anion SO 42- có ảnh hƣởng mạnh nhiều 3.3.6 Nghiên cứu tái sử dụng xúc tác R-Fe(III) Một ƣu điểm nối bật kĩ thuật Fenton dị thể so với Fenton đồng thể khả tái sử dụng xúc tác sau phản ứng mà không cần trải qua nhiều q trình phức tạp, hao tổn hóa chất Trong nghiên cứu này, dung dịch sau xử lý đƣợc lọc thu hồi xúc tác giấy lọc, sau sấy khô giấy lọc qua đêm nhiệt độ 50oC tiếp tục nghiên cứu tái sử dụng điều kiện phản ứng thích hợp nhƣ khảo sát 100 Hiệu suất (%) 80 60 lần 40 tái sử dụng cao lanh không bổ xung Fe(III) 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.12 Hiệu suất tái sử dụng xúc tác R-Fe(III) Kết so sánh sử dụng xúc tác lần tái sử dụng lần sử dụng xúc tác cao lanh không đƣợc bổ sung thêm sắt(III) đƣợc thể hình 3.12 Ta thấy, hiệu suất xử lý phẩm nhuộm RY 160 giảm rõ rệt Khi sử dụng lại lần 2, hiệu suất xử lý giảm từ 75% xuống 14% hiệu suất giảm sử dụng cao lanh không bổ xung sắt(III) Qua cho ta thấy, chứng tỏ vai trò xúc tác sắt (III) oxit bề mặt cao lanh biến tính với quy trình biến tính tƣơng đối đơn giản khẳng định ƣu điểm hệ xúc tác cao lanh-Fe(III) so với sử dụng cao lanh 60 3.4 Nghiên cứu áp dụng trình Fenton/cao lanh-sắt(III) với phẩm màu : Direct Blue 199, Direct Red 224, Direct Red 239, Acid Red 23 Qua trình khảo sát điều kiện thích hợp với phẩm màu Reactive Yellow 160, ta tìm điều kiện thí nghiệm phù hợp để xử lý phẩm nhuộm : lƣợng H2O2 0,1 ml , nồng độ xúc tác R-Fe(III) 3,75g/l, pH thời gian phản ứng 120 phút cho 200ml phẩm nhuộm có nồng độ 50 ppm Kết hiệu suất xử lý theo thời gian phẩm nhuộm nhƣ sau : 100 hiệu suất (%) 80 60 Reactive Yellow 160 Direct Red 239 Direct Red 224 40 Direct Blue 199 Acid Red 23 20 0 20 40 60 80 thời gian (phút) 100 120 Hình 3.13 Hiệu suất xử lý phẩm nhuộm xúc tác R-Fe(III) Nhìn vào đồ thị hình 3.13 ta thấy, hiệu suất xử lý phẩm nhuộm DR 239, AR 23 DB 199 đạt gần 100% phẩm màu DR 224 cuối phẩm nhuộm RY 160 Cụ thể, khả xử lý phẩm nhuộm DR 239 cao với hiệu suất đạt 98%, phẩm nhuộm DB 199 với hiệu suất 97%, đến phẩm nhuộm AR 23 với hiệu suất 96%, phẩm nhuộm DR 224 đứng thứ tƣ với hiệu suất đạt 87% cuối phẩm nhuộm RY 160 với hiệu suất 75% Nhƣ vậy, ta thấy hiệu suất xử lý phẩm nhuộm hệ xúc tác R-Fe(III) cao 61 3.5.Khảo sát khả áp dụng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) vào xử lý COD dung dịch phẩm nhuộm nƣớc thải dệt nhuộm 3.5.1 Nghiên cứu xử lý COD phẩm màu Từ điều kiện thích hợp khảo sát đƣợc để xử lý phẩm nhuộm : nồng độ H2O2, hàm lƣợng chất xúc tác, pH, nhiệt độ môi trƣờng dung dịch phẩm RY 160 ta áp dụng điều kiện vào phẩm DR 224, DR 239, AR 23 DB 199 (do phẩm RY 160 trung tính nên áp dụng với phẩm cịn lại thay đổi khơng nhiều khoảng chấp nhận đƣợc) Để đánh giá hiệu xử lý COD cho dung dịch phẩm màu, em tiến hành xác định tải lƣợng COD trƣớc sau xử lý 120 phút kỹ thuật Fenton sử dụng cao lanh biến tính làm vật liệu xúc tác Kết xác định COD thể bảng 3.5 : Bảng 3.6 COD dung dịch phẩm màu sau xử lý xúc tác R-Fe(III) STT Tên mẫu Nồng độ COD (mg/L) Hiệu suất Trƣớc xử lý Sau xử lý (%) Direct Red 239 96 19 80 Acid Red 23 77 38 51 Direct Red 224 173 58 67 Direct Blue 199 134 38 72 Reactive Yellow 160 192 77 60 62 Ta có biểu đồ sau : mg/L 192 200 H(%) 100 173 160 80 80 134 67 72 120 60 96 51 77 80 77 58 38 40 60 38 40 20 19 0 DR 239 DR 224 DB 199 AR 23 Nồng độ COD trƣớc xử lý (mg/L) RY 160 Nồng độ COD sau xử lý (mg/L) Hiệu suất (%) Hình 3.14 Biểu đồ thể nồng độ COD trƣớc sau xử lý xúc tác cao lanh-sắt(III) hiệu suất xử lý COD phẩm màu Từ kết thu đƣợc thể bảng 3.6 biểu đồ hình 3.14, cho thấy : Khả xử lý COD phẩm nhuộm nồng độ 50 ppm xúc tác RFe(III) khác Trong đó, hiệu suất xử lý cao phẩm nhuộm DR 239 đạt 80% tƣơng đƣơng với nồng độ COD 19 mg/L; đứng thứ phẩm nhuộm DB 199 đạt 72% tƣơng đƣơng với nồng độ COD 38 mg/L; với nồng độ COD 58 mg/L đứng thứ phẩm nhuộm DR 224 với hiệu suất đạt 67%; phẩm nhuộm RY 160 với hiệu suất xử lý đạt 60% tƣơng đƣơng với nồng độ COD 77 mg/L cuối phẩm nhuộm AR 23 đạt 51% tƣơng đƣơng nồng độ COD 38 mg/L So sánh với QCVN 13 : 2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm, cho thấy : tất phẩm nhuộm có hàm lƣợng COD nằm giới hạn cho phép xả thải tiêu chuẩn 3.5.2 Nghiên cứu xử lý COD mẫu nước thải dệt nhuộm Làm giống với mẫu thử nghiệm nhƣng thay dung dịch phẩm màu mẫu thực 63 Bảng 3.7 COD mẫu nƣớc thải trƣớc sau xử lý xúc tác R-Fe(III) Tên mẫu STT Nồng độ COD (mg/L) Trƣớc xử lý Hiệu suất (%) Sau xử lý Mẫu nƣớc thải 134 38 72 Mẫu nƣớc thải 461 154 67 Ta có biểu đồ sau : mg/L H(%) 500 100 461 450 400 80 72 67 350 300 60 250 200 150 154 134 100 40 20 38 50 0 Mẫu Mẫu Nồng độ COD trƣớc xử lý (mg/L) Nồng độ COD sau xử lý (mg/L) Hiệu suất (%) Hình 3.15 Biểu đồ thể nồng độ COD trƣớc sau xử lý xúc tác cao lanh-sắt(III) hiệu suất xử lý COD nƣớc thải dệt nhuộm Vì trƣớc đƣa vào xử lý, ta pha loãng mẫu nƣớc thải 40 lần nên nồng độ COD giảm nhiều so với ban đầu So sánh với QCVN 13 : 2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải cơng nghiệp dệt nhuộm, sở sản xuất Nhìn vào đồ thị hình 3.15, ta thấy : 64 - Với mẫu nƣớc thải 1, nồng độ COD trƣớc xử lý so với cột A (nồng độ cho phép COD 100 mg/L) QCVN 13 : 2015/BTNMT vƣợt mức cho phép nhƣng so với cột B (nồng độ cho phép COD 200 mg/L) nằm khoảng cho phép Sau xử lý xúc tác cao lanh-sắt(III) nồng độ COD giảm đáng kể từ 134 mg/l xuống 38 mg/l đạt hiệu suất 72% - Với mẫu nƣớc thải 2, nồng độ COD ban đầu cao dù pha loãng 40 lần mà vƣợt xa quy chuẩn cho phép Sau tiến hành xử lý nồng độ COD giảm từ 461 mg/L xuống 154 mg/L, đạt hiệu suất tƣơng đối cao 67% nằm khoảng cho phép cột B QCVN 13 : 2015/BTNMT sử dụng nƣớc cho mục đích tƣới tiêu Kết thu đƣợc nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý trình Fenton mẫu nƣớc thải đƣợc nghiên cứu cao Sau xử lý, độ màu nƣớc thải giảm đáng kể, quan sát mắt thƣờng thấy nƣớc thải trong, hầu nhƣ chất hữu mang màu đƣợc loại bỏ khỏi nƣớc thải Giá trị COD giảm đáng kể so với ban đầu Có thể nói rằng, điều kiện thí nghiệm thích hợp nghiên cứu áp dụng loại nƣớc thải 65 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở kết đạt đƣợc, rút số kết luận nhƣ sau: - Cao lanh sau biến tính thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao Điều kiện phù hợp để biến tính cao lanh thành hệ xúc tác là: 2,16g FeCl 3.6H2O/10g cao lanh, nung nhiệt độ 500oC 3h - Tính chất bề mặt cao lanh sau xúc tác đƣợc xác định phƣơng pháp SEM Kết cho thấy thành phần cho thấy bề mặt cao lanh sau biến tính có cấu trúc đặc khít hơn, ngồi ra, bề mặt cấu trúc đất sét có khoảng trống lớn hòa tan tạo điều kiện cho tiểu phân chứa sắt bám bề mặt cao lanh hình thành trung tâm xúc tác hệ xúc tác - Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác cao lanh-sắt(III) cho đối tƣợng phẩm màu RY160, DR 224, DR 239, AR 23 DB 199 nồng độ 50 ppm đƣợc nghiên cứu Điều kiện thích hợp: hàm lƣợng cao lanh-sắt(III) xúc tác 3,75 g/l; lƣợng H2O2 30% 0,1 ml; pH - Hiệu suất xử lý COD mẫu thử mẫu nƣớc thải áp dụng kỹ thuật Fenton sử dụng cao lanh biến tính tƣơng đối tốt, tất mẫu nằm giới hạn cho phép, so với quy chuẩn Tồn Nghiên cứu tiến hành thời gian ngắn, số vấn đề chƣa đƣợc nghiên cứu, bao gồm: - Cơ chế cụ thể phản ứng Fenton dị thể với xúc tác cao lanh biến tính - Chƣa có kinh phí để đo đặc trƣng vật liệu nhƣ thành phần, kích thƣớc cao lanh trƣớc sau biến tính đƣợc xác định phƣơng pháp EDX, BET - Số lƣợng mẫu nƣớc thải dệt nhuộm hạn chế Kiến nghị Nhóm nghiên cứu đề số kiến nghị nhƣ sau: Tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu với xúc tác cao lanh nhằm giải vấn đề tồn 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Sỹ Đức, Một số ứng dụng trình oxy hóa nâng cao (AOPs) phƣơng pháp Fenton xử lý nƣớc thải Việt Nam [2] Trần Tứ Hiếu (2008), Phƣơng pháp trắc quang, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [3] Phạm Luận (2006), Phƣơng pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [4] Phạm Thị Minh (2013), Nghiên cứu đặc điểm q trình khống hóa số hợp chất hữu họ azo nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp Fenton điện hóa, Luận án tiến sĩ [5] Đặng Trấn Phịng (2004), Sinh thái mơi trƣờng dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật [6] Đặng Trấn Phòng ,Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lý nƣớc cấp nƣớc thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật [7] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Một số ứng dụng q trình oxy hóa nâng cao [8] Trần Đình Tuyên (2013), Đồ án tốt nghiệp Đại học ngành môi trƣờng [9] Lê Xuân Vĩnh (2015), Nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm UV/Fenton [10] B.X Vững, P.T.T Hồi (2012), “So sánh hoạt tính oxy hóa hệ oxy hóa nâng cao Fe3+/C2O4 2- /H2O2/VIS, Fe2+/H2O2, Fe2+/ H2O2/UV, UV/H2O2 thuốc nhuộm Indantren Red FBB (IRF)”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, 5, 54, 95- 101 [11] Trịnh Thị Xuân (2011), Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm hệ xúc tác Fenton dị thể [12] Tài liệu hƣớng dẫn sản xuất ngành dệt nhuộm, Trung tâm Sản xuất Việt Nam, Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng, Đại học Bách khoa Hà Nội, tr (2008) [13] Bách khoa toàn thƣ Wikipedia, Cao lanh, https://vi.wikipedia.org/wiki/Cao_lanh [14] Công nghệ Việt (2012) [16] Dân kinh tế “ Tổng quan ngành dệt may Việt Nam” [17] Hội hóa học Việt Nam, “Xử lý nƣớc thải ngành dệt nhuộm”, http://csv.net.vn/Xu-ly-nuoc-thai-nganh-det-nhuom.html [18] Ai Ni Soon an B.H.Hameed, Desalition, 269 (2011), – [19] A Safarzadeh-Amiri, J.R Bolton, S.R Cater, “Ferrioxalate - mediated photodegradation of organic pollutants in contaminated water”, Water Research, 31, 787-798 (1997) [20] A.Santos, P.Yustos, S.rodriguez, F.Grarcia.Ochoa, M.de Grarcia (2007), Ind.Eng.Chem.Res.46, 2423 – 2427 [21] E.M Siedlecka, A Wieckowska, P Stepnowski,(2007), “Influence of inorganic ions on MTBE degradation by Fenton’s reagent”, Journal of Hazardous Materials, 147, 497- 502 [22] H Wu, S Wang (2012), “Impacts of operarting parameters on oxidation – reduction potential and pretreament efficacy in the pretreament of printing and dyeing wastewater by Fenton process”, Journal of Hazardous Materials, 243, 86-94 [23] 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 Hazardous Materials, 136, 763- 769 [25] L.G Devi, C Munikrishnappa, B Nagaraj (2013), “Effect of chloride and sulfate ions on the advanced photo Fenton and modified photo Fenton degradation process of Alizarin Red S”, Journal of Molecular Catalysis A Chemical, 374-375, 125-131 [26] M.C Lu, Y.F Chang, I.M Chen, Y.Y Huang (2005), “Effect of chloride ions on the oxidation of aniline by Fenton’s reagent”, Journal of Environmental Management, 75, 177-182 [27] M.T Elmorsi, M.Y Riyad, H.Z Mohamed (2010), “Decolourization of Mordant red 73 azo dye in water using H2O2/UV and photo-Fenton treatment”, Journal of Hazardous Materials, 174, 352-358 [28] N Modirshahla, M.A Behnajady, F Ghanbary (2007), “Decolorization and mineralization of C.I Acid Yellow 23 by Fenton and photo-Fenton processes”, Dyes and Pigments, 73, 305-310 [29] O.K.Dalrymple, E.Stefanakos, M.A.Trolz and D.V.Gosuami (2010), Appl.Catal.B98, 27 – 38 [30] P Montserrat, F Torrades, X Domenech, J Peral (2002), “Fenton and photo-Fenton oxidation of textile effluents”, Water Research, 36, 2703- 2710 [31] Part 2120, Standard method for the examination of water & wastewater, 21st ed, American Public Health Association (2005) [32] Part 5220, Standard method for the examination of water & wastewater, 21st ed, American Public Health Association (2005) [33] R Aplin, T.D Waite (2000), “Comparison of three advance oxidation processes for degradation of textile dyes”, Water Science & Technology, 42, 345-354 PHỤ LỤC Bảng : Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang phẩm màu : STT C (g/l) Abs-DR Abs-DR Abs-AR Abs-DB Abs-RY 239 224 23 199 160 0,003125 0,053 0,047 0,074 0,081 0,121 0,00625 0,114 0,083 0,148 0,161 0,235 0,0125 0,233 0,186 0,299 0,327 0,462 0,025 0,467 0,369 0,629 0,665 0,903 0,05 0,947 0,729 1,282 1,343 1,754 Bảng : Kết khảo sát ảnh hƣởng lƣợng muối sắt tới hoạt tính xúc tác theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/L) T Khơng có muối Có 1g muối Có 2,16g muối sắt(III) sắt(III) sắt(III) 0,05 0,05 0,05 30 0,035 0,023 0,016 60 0,033 0,022 0,015 90 0,033 0,023 0,013 120 0,030 0,020 0,012 Bảng : Kết khảo sát ảnh hƣởng pH tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/L) T pH = pH = pH = pH = pH = 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 30 0,019 0,016 0,023 0,031 0,041 60 0,017 0,015 0,020 0,027 0,028 90 0,015 0,013 0,019 0,025 0,026 120 0,014 0,012 0,018 0,025 0,025 Bảng : Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/L) T VH2O2 = 0,05 VH2O2 = 0,1 VH2O2 = 0,2 0,05 0,05 0,05 30 0,014 0,016 0,017 60 0,015 0,015 0,018 90 0,014 0,013 0,016 120 0,013 0,012 0,015 Bảng 5: Kết khảo sát ảnh hƣởng lƣợng xúc tác tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/L) T MR-Fe(III) = MR-Fe(III) = 0,25 MR-Fe(III) = 0,5 MR-Fe(III) = 0,75 0,050 0,050 0,050 0,050 30 0,038 0,032 0,022 0,016 60 0,041 0,032 0,022 0,015 90 0,044 0,032 0,020 0,013 120 0,042 0,031 0,019 0,012 Bảng : Kết khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/L) T T = 300C T = 400C T = 500C 0,050 0,050 0,050 30 0,019 0,016 0,020 60 0,018 0,012 0,012 90 0,017 0,010 0,006 120 0,016 0,007 0,002 Bảng : Kết khảo sát ảnh hƣởng ion cản tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/l) : T mNaCl = mNaCl = mKNO3 = mKNO3 = mNa2SO4 mNa2SO4 = 5,85 (g) 11,7 (g) 5,05 (g) 10,1 (g) = 7,1 (g) 14,2 (g) 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 30 0,022 0,020 0,022 0,022 0,026 0,025 60 0,021 0,021 0,022 0,020 0,026 0,026 90 0,021 0,018 0,019 0,018 0,023 0,023 120 0,018 0,016 0,017 0,017 0,022 0,022 Bảng : Kết khảo sát áp dụng điều kiện tối ƣu vào trình xử lý theo thời gian nồng độ phẩm nhuộm (g/l) : T Direct Direct Direct Reactive Arid Red Red 239 Red 224 Blue 199 Yellow 160 23 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 30 0,015 0,021 0,011 0,016 0,002 60 0,002 0,018 0,003 0,015 0,002 90 0,001 0,014 0,002 0,013 0,001 120 0,001 0,006 0,001 0,012 0,001