Sử dụng bùn đỏ biến tính và tia uv làm xúc tác cho quá trình phân hủy phẩm màu hữu cơ

LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, khoa Quản lý tài nguyên rừng Môi trƣờng, đặc biệt thầy Trung tâm phân tích mơi trƣờng trƣờng tạo điều kiện cho em thực khóa luận Em xin chân thành cám ơn TS Vũ Huy Định Ths Đặng Thế Anh nhiệt tình hƣớng dẫn em hồn thành tốt khóa luận Trong q trình học tập hồn thành khóa luận, nhƣ trình làm báo cáo khóa luận, khó tránh khỏi sai sót Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy, để khóa luận em đƣợc hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng năm 2017 Sinh viên thực Vũ Thùy Dƣơng TÓM TẮT NỘI DUNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận tốt nghiệp: “SỬ DỤNG BÙN ĐỎ BIẾN TÍNH VÀ TIA UV LÀM XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY PHẨM MÀU HỮU CƠ” Giáo viên hƣớng dẫn: TS Vũ Huy Định Ths Đặng Thế Anh Sinh viên thực hiện: Vũ Thùy Dƣơng Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu tổng quan: Góp phần tìm kiếm vật liệu có khả xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao xử lý nƣớc thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy - Mục tiêu cụ thể: + Biến tính bùn đỏ thành sản phẩm có khả xúc tác + Tìm điều kiện thích hợp áp dụng trình Fenton sử dụng bùn đỏ biến tính để xử lý phẩm màu + Áp dụng điều kiện trình Fenton bùn đỏ biến tính xử lý nƣớc thải dệt nhuộm Đối tƣợng nghiên cứu - Bùn đỏ: Sản phẩm thải q trình sản xuất nhơm nhà máy Aluminum Tân Rai – Bảo Lâm – Lâm Đồng - Phẩm màu: Đƣợc cung cấp công ty TNHH Thƣơng Mại Tân Hồng Phát – số 92 Cửa Bắc, Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu biến tính bùn đỏ thành vật liệu có khả xúc tác - Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình Fenton bùn đỏ biến tính nhƣ: pH, H2O2, xúc tác, thời gian tia UV, ion cản,… - Nghiên cứu áp dụng điều kiện q trình Fenton bùn đỏ biến tính cho dung dịch mẫu phẩm mẫu nƣớc thải Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp biến tính bùn đỏ - Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM) - Phƣơng pháp theo dõi nồng độ chất màu (trắc quang UV – vis) - Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học (COD) - Phƣơng pháp khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình Fenton bùn đỏ biến tính Những kết đạt đƣợc Từ q trình nghiên cứu, khóa luận đạt đƣợc kết sau: - Đƣa đƣợc quy trình biến tính bùn đỏ: Bùn đỏ sau đƣợc biến tính thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao Điều kiện phù hợp để biến tính bùn đỏ thành hệ xúc tác xúc tác là: 0,75g Fe2(SO4)3/5g bùn đỏ, nung nhiệt độ 500oC - Đặc trƣng vật liệu, tính chất bề mặt bùn đỏ trƣớc sau xúc tác đƣợc xác định phƣơng pháp SEM Kết cho thấy bề mặt bùn đỏ sau biến tính có cấu trúc đặc khít hơn, bề mặt cấu trúc bùn đỏ có khoảng trống lớn hịa tan tạo điều kiện cho tiểu phân sắt (III) oxit bám bề mặt bùn đỏ hình thành trung tâm xúc tác hệ xúc tác - Tìm đƣợc điều kiện tiến hành kỹ thuật Fenton sử dụng bùn đỏ kết hợp với tia UV, xử lý phẩm màu, nƣớc thải dệt nhuộm: Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác bùn đỏ cho đối tƣợng phẩm màu RY160, DB199, DR 239, DR 224, AR 23 nồng độ 50 ppm đƣợc nghiên cứu Điều kiện thích hợp: lƣợng bùn đỏ xúc tác 0,5 g/l; thể tích H2O2 30% 0,05 ml; pH 2; tốc độ khuấy 120 vòng/phút Hệ xúc tác có khả tái sử dụng nhiều lần, nhiên hiệu suất xử lý phẩm màu có xu hƣớng giảm tái sử dụng - Đánh giá đƣợc khả áp dụng kỹ thuật Fenton xử lý bùn đỏ biến tính tia UV cho đối tƣợng nƣớc thải dệt nhuộm, phẩm màu, kết xử lý COD mẫu phẩm cho hiệu suất xử lý cao So sánh với QCVN 13:2015/BTNMT, kết sau xử lý COD mẫu nằm giới hạn cho phép quy chuẩn Còn COD mẫu nƣớc thải có hiệu suất xử lý tƣơng đối cao, nhiên COD chƣa đạt quy chuẩn cho phép MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sơ lƣợc phẩm nhuộm 1.2 Ảnh hƣởng nƣớc thải dệt nhuộm 1.3 Tổng quan vật liệu nghiên cứu 1.3.1 Nguồn phát sinh 1.3.2 Đặc tính bùn đỏ 1.3.3 Các hƣớng xử lý môi trƣờng sử dụng bùn đỏ 1.4 Các công thức phẩm màu 13 1.5 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải 15 1.5.1 Phƣơng pháp hấp phụ 15 1.5.2 Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao 16 1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình Fenton 18 1.7 Phản ứng Fenton kết hợp với tia UV 19 1.7.1 Tia UV 19 1.7.2 Phản ứng Fenton kết hợp với tia UV 20 1.8 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 21 Chƣơng MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 23 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 23 2.3 Nội dung nghiên cứu 23 2.4 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 23 2.4.1 Hóa chất 23 2.4.2 Thiết bị 25 2.4.3 Dụng cụ 25 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.5.1 Phƣơng pháp biến tính vật liệu 26 2.5.2 Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM) 26 2.5.3 Phƣơng pháp theo dõi nồng độ chất màu (trắc quang UV – vis) 26 2.5.4 Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học COD 28 2.5.5 Phƣơng pháp khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình Fenton bùn đỏ biến tính tia UV 30 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Nghiên cứu biến tính bùn đỏ 32 3.1.1 Điều kiện biến tính 32 3.1.2 Đặc điểm bề mặt bùn đỏ biến tính 32 3.2 Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng xây dựng đƣờng chuẩn 34 3.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình Fenton bùn đỏ biến tính 38 3.3.1 Ảnh hƣởng hydropeoxit 39 3.3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác 40 3.3.3 Ảnh hƣởng pH 41 3.3.4 Ảnh hƣởng thay đổi thời gian tia UV 42 3.3.5 Ảnh hƣởng ion cản 42 3.3.6 Tái sử dụng xúc tác Red Mud-Fe(III) 46 3.3.7 Hiệu suất xử lý phẩm màu thông dụng 47 3.4 Khảo sát khả áp dụng điều kiện trình Fenton bùn đỏ biến tính cho dung dịch mẫu phẩm mẫu nƣớc thải 47 3.4.1 Hiệu suất xử lý COD mẫu phẩm 47 3.4.2 Hiệu suất xử lý COD nƣớc thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc 49 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục hóa chất cần thiết cho nghiên cứu .24 Bảng 2.2 Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 25 Bảng 2.3 Danh mục dụng cụ cần thiết cho nghiên cứu 25 Bảng 3.1 Bƣớc sóng hấp thụ cực đại phẩm màu 34 Bảng 3.2 Đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang phẩm màu .35 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý COD mẫu phẩm 48 Bảng 3.4 Kết đo COD mẫu nƣớc thải 49 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bùn đỏ Lâm Đồng (nguồn: lamdongtv.vn) Hình 2.1 Bùn đỏ sử dụng tia UV máy khuấy 31 Hình 3.1 Bùn đỏ biến tính 32 Hình 3.2 Ảnh SEM bùn đỏ sau biến tính với kích thƣớc khác 33 Hình 3.3 Phổ UV – vis phẩm màu : RY 160, DB 199, DR 239, DR 224, AR 23 35 Hình 3.4 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm: RY 160, DB 199, DR 239, DR 224, AR 23 38 Hình 3.5 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác tới hiệu xử lý 39 Hình 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác tới hiệu xử lý 40 Hình 3.7 Ảnh hƣởng pH tới hiệu xử lý 41 Hình 3.8 Ảnh hƣởng thay đổi thời gian tia UV tới hiệu xử lý 42 Hình 3.9 Ảnh hƣởng ion clorua tới hiệu xử lý 43 Hình 3.10 Ảnh hƣởng ion sunfat tới hiệu xử lý 44 Hình 3.11 Ảnh hƣởng ion nitrat tới hiệu xử lý 45 Hình 3.12 Hiệu suất xử lý phẩm màu tái sử dụng bùn đỏ qua lần xử lý 46 Hình 3.13 Hiệu suất xử lý màu thơng dụng 47 Hình 3.14 Biểu đồ thể nồng độ COD trƣớc sau xử lý, hiệu suất xử lý COD mẫu phẩm 48 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AR 23 Acid red 23: Thuốc nhuộm màu đỏ vang COD Chemical oxygen demand: Nhu cầu oxy hóa học DB 199 Direct Blue 199: Thuốc nhuộm màu xanh DR 224 Direct Red 224: Thuốc nhuộm màu đỏ sen DR 239 Direct Red 239: Thuốc nhuộm màu đỏ cờ EDX Engery dispersive X-ray spectroscopy:Phổ tán xạ lƣợng tia X RM Red mud: bùn đỏ RY 160 Reactive Yellow 160: Phẩm màu vàng 160 SEM Scanning electron microscope: Kính hiển vi điện tử quét UV-vis Ultraviolet-visible spectroscopy : Phổ tử ngoại khả kiến MỞ ĐẦU 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 mơi trƣờng sống ngƣời, kèm theo nhu cầu đời sống ngƣời dân nâng cao Trong đó, ngành cơng nghiệp dệt nhuộm có bƣớc phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều sản phẩm đa dạng có chất lƣợng cao, đáp ứng nhu cầu ngày tăng thị trƣờng Trong kinh tế quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm vị trí quan trọng ngành cơng nghiệp khơng góp phần việc giải vấn đề cơng ăn việc làm xã hội mà thúc đẩy tăng trƣởng nhanh kim ngạch xuất cho đất nƣớc Tuy vậy, ô nhiễm môi trƣờng nƣớc thải ngành dệt nhuộm thực tế cần có giải pháp xử lý nhiệm vụ cần thiết [1], [2] Trong năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp khác nhằm xử lý hợp chất hữu độc hại nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hoá học, phƣơng pháp điện hố [4] Mỗi phƣơng pháp có ƣu điểm hạn chế định mặt kỹ thuật nhƣ mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế quốc gia Trong đó, việc xử lý hợp chất hữu độc hại phƣơng pháp hấp phụ kết hợp oxi hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều nhà khoa học ngồi nƣớc quan tâm nghiên cứu [3] Việc tìm vật liệu có khả xúc tác cho trình oxi hóa nâng cao đƣợc quan tâm, nhằm tìm vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, rẻ tiền dễ kiếm, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng Tôi lựa chọn đề tài “Sử dụng bùn đỏ biến tính tia UV làm xúc tác cho trình phân hủy phẩm màu hữu cơ” tập trung nghiên cứu biến tính bùn đỏ thành vật liệu xúc tác, áp dụng xử lý phẩm màu có nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp Fenton dị thể sử dụng xúc tác bùn đỏ tia UV Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sơ lƣợc phẩm nhuộm Phẩm nhuộm (thƣờng gọi: thuốc nhuộm), hợp chất hữu có màu, có khả nhuộm màu vật liệu nhƣ vải, giấy, nhựa, da Ngồi nhóm mang màu (quinon, azo, nitro), phẩm nhuộm cịn chứa nhóm trợ màu nhƣ OH, NH2 có tác dụng làm tăng màu tăng tính bám phẩm vào sợi [6] Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:  Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học [6]:  Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo) Đây họ thuốc nhuộm quan trọng có số lƣợng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lƣợng thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 màu hữu Color Index  Thuốc nhuộm antraquinon: phân tử thuốc nhuộm chứa hay nhiều nhóm antraquinon dẫn xuất : Họ thuốc nhuộm chiếm đến 15% số lƣợng thuốc nhuộm tổng hợp  Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan dẫn xuất metan mà nguyên tử C trung tâm tham gia liên kết vào mạch liên kết hệ mang màu: diaryl metan triaryl metan [Fe(Cl)2+] + hv  Fe2+ + Cl Cl + Cl-  Cl2Phức FeCl2+ cạnh tranh với phức Fe(OH)2+ việc hấp thu xạ UV dẫn đến giảm tốc độ sinh gốc tự HO 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 [5] Vậy có mặt anion Cl- dù nồng độ ảnh hƣởng đến hiệu loại bỏ màu b) Ion sunfat (SO42-) Tƣơng tự nhƣ ion Cl-, có mặt ion SO42- ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý đƣợc thể hình 3.10 100 80 Hiệu suất (%) 60 Na2SO4 0,05mol/l Na2SO4 0,1mol/l 40 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.10 Ảnh hƣởng ion sunfat tới hiệu xử lý (200ml [RY 160] 50 ppm; VH2O2 30% = 0,05 ml; [RM-Fe(III)] = 0,5 g/l; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Khi nồng độ SO42- 0,05 mol/l, hiệu suất khử màu tăng từ 5% đến 80% Khi tăng nồng độ SO42- lên 0,1 mol/l hiệu suất tăng mạnh từ 23% đến 94% Anion SO42- 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, SO42- cịn tham gia bắt tóm gốc tự HO tạo gốc tự khác có hoạt tính oxy hóa thấp [7] 44 SO42- + HO  OH- + SO4- Một lƣợng dƣ SO42- làm tăng nhẹ hiệu khống hóa chất hữu tƣơng tác với phân tử nƣớc tạo HO [5]: SO4- + H2O  H+ + SO42- + HO Vậy có mặt anion SO42-, hiệu suất loại bỏ màu bị ảnh hƣởng nhiều c) Ion nitrat (NO3-) Tƣơng tự nhƣ ion Cl- ion SO42-, ion NO3- ảnh hƣởng lên hiệu suất khống hóa chất hữu đƣợc thể hình 3.11 100 Hiệu suát (%) 80 60 KNO3 0,1mol/l 40 KNO3 0,05mol/l 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.11 Ảnh hƣởng ion nitrat tới hiệu xử lý (200ml [RY 160] 50 ppm; VH2O2 30% = 0,05 ml; [RM-Fe(III)] = 0,5 g/l; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Khi nồng độ NO3- 0,1 mol/l hiệu suất tăng mạnh từ 22% đến 96%, tiếp tục với nồng độ NO3- 0,05 mol/l hiệu suất tăng mạnh từ 21% đến 98% Nhƣ giảm nồng độ ion NO3- hiệu suất xử lý tăng mạnh trình UV/Fenton Anion NO3- đƣợc xem nhƣ tác nhân bắt tóm gốc tự HO mạnh Ngồi ra, NO3- cịn tham gia bắt tóm gốc tự HO tạo gốc tự khác có hoạt tính oxy hóa thấp Vậy có mặt anion NO3-, hiệu suất loại bỏ màu bị ảnh hƣởng nhiều nhƣ anion 45 Sự diện anion Cl- , SO42-, NO3- dẫn đến cạnh tranh gốc tự HO 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-, NO3- cịn tạo phức với Fe2+ Fe3+ Các phản ứng ảnh hƣởng lên dạng tồn sắt hệ phản ứng làm giảm hoạt tính sắt với H2O2 3.3.6 Tái sử dụng xúc tác Red Mud-Fe(III) Một ƣu điểm bật kỹ thuật Fenton dị thể so với Fenton đồng thể khả tái sử dụng xúc tác sau phản ứng mà không cần trải qua nhiều trình phức tạp, hao tổn hóa chất Trong nghiên cứu này, dung dịch sau xử lý đƣợc lọc thu hồi bùn đỏ giấy lọc, sau sấy khơ giấy lọc qua đêm nhiệt độ 50oC tiếp tục nghiên cứu tái sử dụng điều kiện phản ứng khác nhƣ 100 Hiệu suất (%) 80 60 Lần 40 Lần 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.12 Hiệu suất xử lý phẩm màu tái sử dụng bùn đỏ qua lần xử lý (200ml [RY 160] 50 ppm; VH2O2 30% = 0,05 ml; [RM-Fe(III)] = 0,5 g/l; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Kết tái sử dụng thể hình 3.12 cho thấy hiệu suất xử lý thời gian đầu lần giảm so với lần qua lần xử lý, điều thể hoạt tính xúc tác có phần giảm Tuy nhiên, hiệu suất sau 120 phút lần nhƣ 46 3.3.7 Hiệu suất xử lý phẩm màu thông dụng Chúng ta tiến hành áp dụng kỹ thuật Fenton sử dụng bùn đỏ biến tính điều kiện phẩm màu RY 160 Mục đích để tìm khác biệt phẩm màu khả áp dụng kỹ thuật Fenton điều kiện tìm đƣợc 100 Hiệu suất (%) 80 60 xanh đỏ cờ đỏ sen 40 đỏ vang vàng 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.13 Hiệu suất xử lý màu thông dụng (200ml [RY 160] 50 ppm; VH2O2 30% = 0,05 ml; [RM-Fe(III)] = 0,5 g/l; tốc độ khuấy 120 vịng/phút) Kết thực nghiệm hình 3.13 cho ta thấy hiệu suất xử lý phẩm màu thông dụng tăng đồng theo thời gian Hiệu suất màu đỏ sen đỏ vang khơng có chênh lệch nhƣng đỏ sen lớn hơn, so với màu lại Từ 30 phút đến 90 phút hiệu suất xử lý màu chênh lệch rõ rệt nhƣng đến 120 phút hiệu suất khơng có chênh lệch nhiều 3.4 Khảo sát khả áp dụng điều kiện q trình Fenton bùn đỏ biến tính cho dung dịch mẫu phẩm mẫu nƣớc thải 3.4.1 Hiệu suất xử lý COD mẫu phẩm Mẫu phẩm trƣớc sau xử lý tiến hành bƣớc xác định COD Kết đƣợc thể bảng biểu đồ sau: 47 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý COD mẫu phẩm COD trƣớc xử lý COD sau xử lý Phẩm màu Hiệu suất (%) Direct Blue 199 134 19 86 Reactive Yellow 160 192 100 Direct Red 239 96 38 60 Direct Red 224 173 19 89 Acid Red 23 77 58 25 mg/l 100 H(%) 200 100 89 86 80 150 60 60 100 192 173 40 134 25 50 96 19 20 77 38 19 58 DR 239 DR 224 AR 23 0 DB 199 RY 160 COD trƣớc xử lý COD sau xử lý Hiệu suất Hình 3.14 Biểu đồ thể nồng độ COD trƣớc sau xử lý, hiệu suất xử lý COD mẫu phẩm Nhận xét : Từ kết thu đƣợc bảng 3.3 hình 3.14 cho thấy khả xử lý COD mẫu thử khác Trong đó, hiệu suất xử lý RY 160 cao đạt 100% Tiếp theo màu DB 199 DR 224 với hiệu suất xử lý lần lƣợt 86% 89% khơng có chênh lệch nhiều Màu DR 239 có hiệu suất thấp đạt 60%, màu AR 23 có hiệu suất thấp so với màu đạt 25% So sánh với QCVN 13:2015/BTNMT (cột B) nồng độ COD phẩm nằm 48 giới hạn cho phép quy chuẩn Khả xử lý COD nồng độ COD mẫu thử có chênh lệch nhiều, chƣa xử lý hoàn toàn COD 3.4.2 Hiệu suất xử lý COD nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc Tiến hành tƣơng tự nhƣ mẫu phẩm Kết đƣợc thể bảng sau: Bảng 3.4 Hiệu suất đo COD mẫu nƣớc thải Mẫu COD trƣớc xử lý COD sau xử lý Hiệu suất (%) 134 77 43 461 230 50 Nhận xét : Từ kết thu đƣợc bảng 3.4 cho thấy hiệu suất xử lý mẫu nƣớc thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc khơng có chênh lệch với nhiều Mẫu mẫu với hiệu suất xử lý lần lƣợt 43% 50% So với QCVN 13:2015/BTNMT nồng độ COD mẫu nằm giới hạn cho phép, mẫu nằm giới hạn cho phép quy chuẩn cột B 49 KẾT LUẬN Kết luận Trên sở kết đạt đƣợc, rút số kết luận nhƣ sau: Bùn đỏ sau đƣợc biến tính thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao Điều kiện phù hợp để biến tính bùn đỏ thành hệ xúc tác xúc tác là: 0,75g Fe2(SO4)3/5g bùn đỏ, nung nhiệt độ 500oC Đặc trƣng vật liệu tính chất bề mặt bùn đỏ trƣớc sau xúc tác đƣợc xác định phƣơng pháp SEM Kết cho thấy bề mặt bùn đỏ sau biến tính có cấu trúc đặc khít hơn, ngồi ra, bề mặt cấu trúc bùn đỏ có khoảng trống lớn hòa tan tạo điều kiện cho tiểu phân sắt (III) oxit bám bề mặt bùn đỏ hình thành trung tâm xúc tác Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác bùn đỏ cho đối tƣợng phẩm màu RY160, DB199, DR 239, DR 224, AR 23 nồng độ 50 ppm đƣợc nghiên cứu Điều kiện thích hợp: lƣợng bùn đỏ xúc tác 0,5 g/l; thể tích H2O2 30% 0,05 ml; pH 2; tốc độ khuấy 120 vòng/phút Hệ xúc tác có khả tái sử dụng nhiều lần, nhiên hiệu suất xử lý phẩm màu có xu hƣớng giảm tái sử dụng Áp dụng kỹ thuật Fenton bùn đỏ biến tính tia UV để xử lý COD mẫu phẩm cho hiệu suất cao So sánh với QCVN 13:2015/BTNMT, kết sau xử lý COD mẫu nằm giới hạn cho phép quy chuẩn Còn COD mẫu nƣớc thải có hiệu suất xử lý tƣơng đối cao, nhiên COD chƣa đạt quy chuẩn cho phép Tồn Nghiên cứu tiến hành thời gian ngắn, số vấn đề chƣa đƣợc nghiên cứu, bao gồm: Chƣa có kinh phí để đo đặc trƣng vật liệu nhƣ thành phần, kích thƣớc bùn đỏ trƣớc sau biến tính với phƣơng pháp BET, EDX Động học phản ứng Fenton dị thể với hệ xúc tác RM-Fe(III) Nghiên cứu mẫu nƣớc thải dệt nhuộm thực tế hạn chế 50 Kiến nghị Nhóm nghiên cứu đề số kiến nghị nhƣ sau: Tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu với xúc tác bùn đỏ nhằm giải vấn đề tồn Mở rộng phản ứng Fenton dị thể với vật liệu thải khác, nhằm hạ chi phí sản xuất, áp dụng vào thực tế 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hoàng (2013), Bùn đỏ [2] Phạm Thị Minh (2013), Nghiên cứu đặc điểm q trình khống hóa số hợp chất hữu họ azo nước thải dệt nhuộm phương pháp Fenton điện hóa, Luận án tiến sĩ [3] Bùi Văn Năng (2015), Thực hành phân tích mơi trường, Bài giảng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp [4] Phạm Tuấn Nhi (2010), xử lý bùn đỏ cơng nghệ đất hóa đá – geopolymer [5] Đặng Trấn Phòng,Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lý nước cấp nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật [6] Đặng Trấn Phòng (2004), Sinh thái môi trường dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật [7] Quá trình Fenton xử lý nƣớc thải [8] L.G Devi, C Munikrishnappa, B Nagaraj, “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 (2013) [9] Fulya, Tulay A Ozbelge (2006), “Pre-ozonation of aqueous azo dye (Acid Red-151) followed by activated sludge process”, Chemical Engineering Journal 123, 109-115 [10] Yong Liu , Chuxia Lin, Yonggui Wu (2007) “Characterization of red mud derived from a combined Bayer Process and bauxite calcination method”, Journal of Hazardous Materials, 146, 255–261 [11] M.C Lu, Y.F Chang, I.M Chen, Y.Y Huang, “Effect of chloride ions on the oxidation of aniline by Fenton’s reagent”, Journal of Environmental Management, 75, 177-182 (2005) [12] E.M Siedlecka, A Wieckowska, P Stepnowski, “Influence of inorganic ions on MTBE degradation by Fenton’s reagent”, Journal of Hazardous Materials, 147, 497- 502 (2007) [13] Yolanda Flores, Roberto Flores, Alberto Alvarez Gallegos (2008) – “Heterogeneous catalysis in the Fenton-type system reactive black 5/H2O2”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 281, 184-191 PHỤ LỤC Bảng 1: Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang RY 160 C (g/l) Abs 0,05 1,860 0,025 0,903 0,0125 0,462 0,00625 0,235 0,003125 0,121 Bảng 2: Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang DB 199 C (g/l) Abs 0,05 1,343 0,025 0,665 0,0125 0,327 0,00625 0,161 0,003125 0,081 Bảng 3: Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang DR 239 C (g/l) Abs 0,05 0,947 0,025 0,467 0,0125 0,233 0,00625 0,114 0,003125 0,053 Bảng 4: Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang DR 224 C (g/l) Abs 0,05 0,729 0,025 0,369 0,0125 0,186 0,00625 0,083 0,003125 0,047 Bảng 5: Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang AR 23 C (g/l) Abs 0,05 1,282 0,025 0,629 0,0125 0,299 0,00625 0,118 0,003125 0,074 Bảng 6: Kết khảo sát ảnh hƣởng lƣợng xúc tác tới hoạt tính xúc tác theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/l) t (phút) 0,5g 1,25g 2,5g 0 0 30 27,45 22,16 27,56 60 73,48 82,45 63,70 90 96,12 96,55 91,42 120 98,22 97,03 97,63 Bảng 7: Kết khảo sát ảnh hƣởng pH tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/l) t (phút) pH pH pH pH 0 0 30 27,45 23,78 14,22 18,32 60 73,05 84,07 5,47 17,68 90 96,12 96,28 12,92 10,17 120 98,22 98,60 23,24 9,41 Bảng 8: Kết khảo sát ảnh hƣởng thay đổi thời gian tia UV tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 60 (g/l) t (phút) 30' 60' 90' 120' 0 0 30 27,45 23,78 14,22 18,32 60 73,05 84,07 5,47 17,68 90 96,12 96,28 12,92 10,17 120 98,22 98,60 23,24 9,41 Bảng 9: Kết khảo sát ảnh hƣởng ion cản tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 60 (g/l) t NaCl NaCl Na2SO4 Na2SO4 KNO3 KNO3 (phút) 0,2mol/l 0,1mol/l 0,05mol/l 0,1mol/l 0,1mol/l 0,05mol/l 0 0 0 30 5,63 10,65 5,25 22,70 21,57 20,86 60 2,98 11,09 17,30 30,10 44,31 49,12 90 8,28 59,00 53,06 79,05 83,69 90,39 120 23,46 87,69 79,59 93,63 95,95 97,09 Bảng 10: Kết khảo sát ảnh hƣởng tái sử dụng xúc tác RM-Fe(III) tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 60 (g/l) t (phút) Lần Lần 0 30 52,84 19,03 60 94,23 63,97 90 97,20 93,58 120 98,17 98,44 Bảng 11: Kết khảo sát ảnh hƣởng phẩm màu: màu xanh, đỏ cờ, đỏ sen, đỏ vang tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ (g/l) t (phút) xanh đỏ cờ đỏ sen đỏ vang 0 0 30 63,06 48,04 92,00 90,67 60 81,20 74,06 98,98 94,76 90 87,30 89,66 99,39 96,69 120 97,41 96,71 99,52 97,00 Bảng 12: Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/l) t (phút) 0,2ml 0,1ml 0,05ml 0 0 30 20,86 31,99 27,56 60 20,32 85,37 63,70 90 30,75 95,63 91,42 120 44,42 98,17 97,63 Bảng 13: Kết đo COD mẫu phẩm Phẩm màu Thể tích trƣớc xử lý (ml) Thể tích sau xử lý (ml) Mẫu trắng 4,3 4,5 Direct Blue 199 3,6 4,4 Reactive Yellow 160 3,3 4,5 Direct Red 239 3,8 4,3 Direct Red 224 3,4 4,3 Acid Red 23 3,9 4,2 Bảng 14: Kết đo COD mẫu nƣớc thải Mẫu Thể tích trƣớc xử lý(ml) Thể tích sau xử lý(ml) Mẫu trắng 4,3 6,0 Mẫu 3,6 5,6 Mẫu 1,9 4,8