Thông tin tài liệu
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN PHƯỚC GIANG Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI XN VỮNG NGHIÊN CỨU CÁC Q TRÌNH ĐƠNG TỤ VÀ OXY HÓA Phản biện 1: GS.TS Đào Hùng Cường NÂNG CAO FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ Phản biện 2: PGS.TS Đặng Minh Nhật MÁY DỆT NHUỘM PHONG PHÚ HỊA KHÁNH Chun ngành: Hóa hữu Mã số : 60 44 27 Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học Đại học Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 12 năm 2011 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đề tài thực phịng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng mẫu nước thải dệt nhuộm nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh Phương pháp nghiên cứu Khảo sát trình đơng tụ oxy hóa nâng cao Fenton phương pháp ño quang UV-VIS Chỉ số COD dung dịch ñược xác ñịnh phương pháp Bicromat Cr2O72-/Cr3+ Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Nghiên cứu q trình keo tụ tạo bơng oxy hóa Fenton để tìm giải pháp xử lý nước thải ñạt hiệu suất cao Kết cấu luận văn: Ngồi phần mở đầu, kết luận kiến nghị, nội dung luận văn gồm chương: Chương Tổng quan Chương Thực nghiệm Chương Kết bàn luận CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 1.1.1 Sự phát triển ngành dệt giới Việt Nam 1.1.2 Công nghệ sản xuất nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm 1.1.3 Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm tác động nước thải đến mơi trường 1.1.3.1 Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm 1.1.3.2 Tác ñộng nước thải đến mơi trường 1.2 THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 1.2.1 Khái quát thuốc nhuộm 1.2.2 Phân loại, ñặc ñiểm thuốc nhuộm 1.2.2.1 Phân loại theo cấu trúc hóa học Tính cấp thiết ñề tài Hiện vấn ñề xử lý nguồn nước ô nhiễm trình dệt nhuộm cần thiết Ước tính có 70.000.000 thuốc nhuộm sản xuất hàng năm Trong q trình nhuộm có đến 12-15% tổng lượng thuốc nhuộm khơng phản ứng gắn màu, thất thoát theo nước thải sau nhuộm Theo quy ñịnh EU nay, thuốc nhuộm tổng hợp dựa benzindine, 3, 3’-dimethoxybenzidine 3, 3’-dimethylbenzidine ñã ñược phân loại chất gây ung thư, vấn đề nhức nhối cho xã hội địi hỏi phải có phương pháp hiệu để loại bỏ độc tính Hiện nay, ñể xử lý nguồn nước thải từ trình dệt nhuộm, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác như: phương pháp sinh học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý Trong bật việc xử lý nước thải q trình đơng tụ oxy hóa nâng cao Q trình đơng tụ làm giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất rắn hịa tan COD có nước thải Tuy nhiên, việc xử lý nước thải phương pháp đơng tụ cho hiệu chưa cao, trình xử tạo nhiều bùn Vì vậy, việc kết hợp q trình đơng tụ q trình oxy hóa nâng cao chọn để nâng cao hiệu xử lý Với lý trên, tiến hành đề tài: “Nghiên cứu q trình đơng tụ oxy hóa nâng cao Fenton xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu q trình keo tụ tạo bơng nước thải dệt nhuộm với chất keo tụ FeCl3/Bentonit Thuận Hải, FeCl3/Cacbon hoạt tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation - Nghiên cứu q trình phân hủy chất nhiễm nước thải dệt nhuộm với tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV mặt trời 5 1.2.2.2 Phân loại theo đặc tính áp dụng 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 1.3.1 Phương pháp sinh học 1.3.2 Phương pháp hóa lý 1.3.2.1 Lọc qua song chắn rác 1.3.2.2 Phương pháp đơng tụ keo tụ 1.3.2.3 Tuyển 1.3.2.4 Hấp phụ 1.3.2.5 Trao đổi ion 1.3.3 Phương pháp điện hóa 1.3.4 Phương pháp hóa học 1.3.4.1 Phương pháp trung hịa 1.3.4.2 Phương pháp oxy hóa khử 1.3.5 Các q trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) 1.3.5.1 Ozon 1.3.5.2 Ozon + H2O2 1.3.5.3 Ơxy hóa quang hóa 1.3.5.4 Phản ứng Fenton 1.3.5.5 Phản ứng Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời Fe(III)- oxalat hấp thụ ánh sáng mạnh bước sóng λ = 550 nm tạo gốc OH• với hiệu suất lượng tử cao FeIII(C2O4)33- + hν → Fe2+ + 2C2O42- + C2O4• − C2O4• − → CO2• − + CO2 CO2• − + FeIII(C2O4)33- → Fe2+ + CO2 + 3C2O42Từ ba phản ứng trên, thu gọn lại thành phản ứng sau: 2FeIII(C2O4)33- + hν → 2Fe2+ + 5C2O42- + 2CO2 Và Fe2+ ñược tạo thành phản ứng với H2O2 có dung dịch để tạo gốc OH• phản ứng Fenton Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH• Cơ chế phản ứng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời tóm tắt sơ ñồ sau ñây: CHƯƠNG - THỰC NGHIỆM 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu 2.2.2 Phương pháp chuẩn bị hóa chất 2.2.3 Phương pháp ño quang Cơ sở phương pháp dựa tính chất hấp phụ phần lượng ánh sáng dung dịch mang màu vùng quang phổ khả kiến Độ hấp thụ tuân theo ñịnh luật Lambert Beer: D = log( Io/I) = ε.l.C Trong ñó: D: ñộ hấp thụ ánh sáng Io, I: cường ñộ xạ ñiện từ trước sau qua chất phân tích ε: hệ số hấp thụ, Lmol-1cm-1 l: chiều dày cuvet, cm C: nồng ñộ chất phân tích, mol.L -1 Máy UV-VIS quét từ miền phổ tử ngoại ñến miền phổ hồng ngoại Tại bước sóng mà dung dịch hấp thụ cực đại gọi bước sóng cực đại λmax thể giá trị mật ñộ quang cực ñại Dmax Sau ñã xác ñịnh ñược λmax, ta xác ñịnh mật ñộ quang trước (Dt) mật ñộ quang sau (Ds) xử lý, từ tính hiệu suất khử màu 2.2.4 Phương pháp xử lý keo tụ 2.2.5 Phương pháp xử lý Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 2.2.6 Phương pháp xác ñịnh COD 2.2.6.1 Nguyên tắc 2.2.6.2 Pha thuốc thử 2.2.6.3 Cách tiến hành 2.2.6.4 Tính kết COD nước thải tính theo cơng thức: 2.2.7 Phương pháp đánh giá hiệu xử lý 2.2.7.1 Hiệu suất khử màu Hiệu suất khử màu tính theo cơng thức: Dt - Ds Hmàu (Dgiảm)= x 100% Dt Trong Dt, Ds mật ñộ quang dung dịch trước sau xử lý 2.2.7.2 Hiệu suất khử COD Hiệu suất khử COD tính theo cơng thức: CODt - CODs HCOD = x 100% CODt Trong CODt, CODs COD dung dịch trước sau xử lý 2.2.8 Các thí nghiệm khảo sát q trình đơng tụ 2.2.8.1 Khảo sát FeCl3/Bentonite Thuận Hải 2.2.8.2 Khảo sát FeCl3/C hoạt tính 2.2.8.3 Khảo sát FeCl3/Polime Anion (PA) 2.2.8.4 Khảo sát FeCl3/Polime Cation (PC) 2.2.9 Các thí nghiệm khảo sát hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 2.2.9.1 Khảo sát pH 2.2.9.2 Khảo sát nồng ñộ Fe3+ 2.2.9.3 Khảo sát nồng ñộ H2O2 2.2.9.4 Khảo sát nồng ñộ C2O42 − COD = (A - B).N.S.1000 V (mg/l) Trong đó: A: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu trắng (ml) B: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu nước thải (ml) N: nồng ñộ dung dịch FAS (N) V: thể tích mẫu đem phân tích (ml) S: đương lượng gam oxy (g) 10 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3.1 Dung dịch nước thải ban ñầu số COD; BOD; TSS; TDS, ño hàm lượng số kim loại nặng có nước thải Các trình keo tụ khảo sát với hệ sau: FeCl3/Bentonite Thuận Hải, FeCl3/C hoạt tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/Bentonite Thuận Hải 3.1.1.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng bentonit = 600 ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 600 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,2242 Kết trình bày hình 3.5 Hình 3.2 Dung dịch nước thải keo tụ 1,4 25 20 0,8 15 0,6 10 % Mật ñộ quang 1,2 D %D 0,4 0,2 0 200 300 400 500 600 Nồng độ (mg/l) Hình 3.3 Nước thải lọc sau Hình 3.4 Nước thải xử lý keo tụ Fenton 3.1 QUÁ TRÌNH KEO TỤ Trước thực trình keo tụ, phải tiến hành khảo sát tiêu ban ñầu nước thải như: mật độ quang D, pH, Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ FeCl3 Kết hình 3.5 cho thấy việc tăng nồng ñộ FeCl3 làm hiệu suất hấp phụ màu giảm xuống Điều giải thích tăng nồng độ FeCl3 kết tủa Fe(OH)3 hình thành nhiều hơn, kéo chất rắn lơ lửng xuống làm cho khả hấp phụ màu bentonite bị giảm xuống Do nồng độ FeCl3 = 300 ppm cho hiệu suất phân hủy màu tốt 3.1.1.2 Khảo sát Bentonit Thuận Hải Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 = 300 ppm, nồng ñộ bentonit thay ñổi từ 300 ppm ñến 1000 ppm Giá 12 trị mật ñộ quang ban đầu D0=1,1238 Kết trình bày hình 3.6 Khi mà giá trị pH thấp mang điện tích dương, pH cao mang điện tích âm Sự thủy phân mang điện tích dương hấp thụ bề mặt hạt keo làm tính ổn định Cơ chế gọi trung hịa điện tích Khi nồng độ FeCl3 tăng lên kết tủa Fe(OH)3 hình thành quét hạt keo dung dịch tạo thành hạt lớn lắng xuống Kết luận: Khảo sát q trình đơng tụ với FeCl3/Bentonit Thuận Hải thu ñược kết tốt là: pH=7, FeCl3 = 300 ppm, bentonit Thuận Hải = 800 ppm, %D = 25,80% 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/C hoạt tính 3.1.2.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố định pH = 8, lượng C hoạt tính cho vào cốc 400 ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 100 ppm ñến 500 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3218 Kết ñược trình bày hình 3.8 25 0,8 20 0,6 15 0,4 10 0,2 D %D 300 400 600 800 1000 Nồng ñộ (mg/l) 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 30 25 20 15 % Mật độ quang Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ Bentonit Kết hình 3.6 cho thấy việc tăng nồng ñộ Bentonit làm hiệu suất hấp phụ màu tăng lên Điều giải thích tính chất quan trọng Bentonit – tính chất hấp phụ, tăng nồng ñộ bentonit làm tăng khả hấp phụ hợp chất hữu mang màu Việc sử dụng kết hợp FeCl3 bentonit góp phần nâng cao hiệu xử lý, FeCl3 chất keo tụ cịn bentonit đóng vai trị chất trợ keo tụ Bentonit có nhiệm vụ hấp phụ chất màu, FeCl3 thủy phân tạo kết tủa Fe(OH)3, quét hạt keo dung dịch tạo thành hạt lớn lắng xuống Nồng ñộ bentonit 800 ppm ñược chọn cho trình xử lý 3.1.1.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 = 300 ppm, bentonit = 800 ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3072 Kết trình bày hình 3.7 10 10 pH Hình 3.7 Ảnh hưởng pH D %D 1,4 40 1,2 35 30 25 0,8 20 0,6 % 30 Mật ñộ quang 1,2 % M ật ñộ quang 11 D %D 15 0,4 10 0,2 0 100 200 300 400 500 Nồng độ (mg/l) Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Khi lượng FeCl3 cho vào chưa đủ để phá vỡ hồn tồn độ bền hệ huyền phù → Khả kết dính hạt huyền phù nước thải Fe(OH)3 hạn chế, nước cịn đục Nếu lượng FeCl3 cho vào vượt q liều cần thiết để trung hịa ñiện tích huyền phù gây bẩn, lúc tương tác hạt huyền phù gây bẩn hydroxit tạo thành mà điện tích hạt keo thay đổi từ âm sang dương 14 30 25 0,8 20 0,6 15 0,4 D %D 10 0,2 0 200 300 400 500 600 Nồng độ (mg/l) Hình 3.9 Ảnh hưởng C hoạt tính Kết hình 3.9 cho thấy việc tăng nồng độ C hoạt tính làm hiệu suất hấp phụ màu tăng lên, điều giải thích C hoạt tính có diện tích bề mặt ngồi lớn, diện tích bề mặt than hoạt tính tính đơn vị khối lượng từ 500 đến 2500 m2/g Với diện tích bề mặt lớn phần lớn vết rỗng – mao quản vi mạch C hoạt tính có tính hấp phụ mạnh, chất hữu mang màu bị hấp phụ theo lỗ rỗng cacbon khuếch tán bề mặt, sau ñó ñược hấp phụ bề mặt cacbon Việc sử dụng kết hợp với FeCl3 nâng cao hiệu xử lý, kết tủa Fe(OH)3 quét hạt keo dung dịch tạo thành hạt lớn lắng xuống sau trình hấp phụ xảy 3.1.2.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào cốc 400 ppm, C hoạt tính 500 ppm, pH thay đổi từ đến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,1630 Kết trình bày hình 3.10 30 1,1 25 20 15 D % 1,05 %D 10 0,95 0,9 10 pH Hình 3.10 Ảnh hưởng pH Kết hình 3.10 cho thấy giá trị pH=7 hiệu suất phân hủy màu tốt (38,56%) Điều giải thích tương tự khảo sát Bentonit Kết luận: Khảo sát trình đơng tụ với FeCl3/C hoạt tính thu kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính = 500 ppm, %D = 38,56% 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/Polime Anion (PA) 3.1.3.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime anion cho vào cốc ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 1000 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,2045 Kết ñược trình bày hình 3.11 1,2 50 45 40 35 0,8 30 0,6 25 % 35 1,15 Mật ñộ quang 1,2 % Mật độ quang (hiện tượng đảo dấu điện tích) hệ huyền phù bền trở lại, nước ñục Việc sử dụng kết hợp FeCl3 với C hoạt tính góp phần nâng cao hiệu xử lý, làm giảm chi phí hóa chất keo tụ 3.1.2.2 Khảo sát C hoạt tính Điều kiện tiến hành: Cố định pH = 8, lượng FeCl3 cho vào cốc 300 ppm, nồng độ cacbon hoạt tính thay đổi từ 200 ppm ñến 600 ppm Giá trị mật ñộ quang ban đầu D0=1,1862 Kết trình bày hình 3.9 M ật độ quang 13 D %D 20 0,4 15 10 0,2 0 200 400 600 800 1000 Nồng độ (mg/l) Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ FeCl3 Kết hình 3.11 cho thấy tăng nồng độ FeCl3 hiệu suất hấp phụ màu tăng lên ñạt hiệu tốt nồng ñộ FeCl3 = 800 ppm (44,90 %) Tuy nhiên nồng độ FeCl3 tăng q cao 15 16 hiệu suất hấp phụ màu bắt ñầu giảm, nồng ñộ FeCl3 = 1000 ppm hiệu suất bắt ñầu giảm (42,32 %) Lúc tương tác hạt huyền phù gây bẩn hydroxit tạo thành mà ñiện tích hạt keo thay ñổi từ âm sang dương hệ huyền phù bền trở lại 3.1.3.2 Khảo sát Polime Anion Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, nồng ñộ polime anion thay ñổi từ ppm ñến ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3103 Kết trình bày hình 3.12 3.1.3.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, polime anion ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,2981 Kết ñược trình bày hình 3.13 1,2 45 % Mật ñộ quang % Mật ñộ quang 30 0,6 D %D 20 10 30 25 40 0,8 35 0,6 50 0,2 40 0,8 60 1,2 0,4 50 1,4 D 10 pH %D 20 0,4 15 10 0,2 0 Nồng độ (mg/l) Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ Polime Anion Kết hình 3.12 cho thấy tăng nồng độ polime lên hiệu suất hấp phụ màu bắt đầu giảm xuống Mật độ điện tích khối lượng phân tử polime đóng vai trị quan trọng q trình keo tụ Ngồi tương tác đặc thù polime hạt keo cịn xảy nhóm chức polime với trung tâm hoạt ñộng bề mặt chất rắn lơ lửng Trong q trình đó, chất trợ keo tụ có vai trị phá vỡ tính bền hạt keo, giúp q trình liên kết hạt tính bền lại với Do lực hấp phụ có tính cộng hợp nên tương tác polime hạt keo tốt làm cho trình lắng dễ dàng Tuy nhiên nồng độ cao độ nhớt dung dịch tăng, polime bao bọc hạt keo lại làm tái ổn ñịnh hệ keo dẫn ñến hiệu suất khử màu bị giảm Hình 3.13 Ảnh hưởng pH Kết hình 3.13 cho thấy giá trị pH=7 pH=8 hiệu suất phân hủy màu cao với giá trị 48,00% 45,24% Tuy nhiên pH tăng lên độ bền bơng keo giảm, bơng keo tụ nhỏ dẫn đến hiệu xử lý giảm Kết luận: Khảo sát trình đơng tụ với FeCl3/Polime Anion thu kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 48 % 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/Polime Cation (PC) 3.1.4.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime cation cho vào cốc ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 1000 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3238 Kết trình bày hình 3.14 18 50 0,8 40 0,6 30 0,4 20 0,2 10 D %D 200 400 600 800 1000 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.14 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Kết hình 3.14 cho thấy tăng nồng độ FeCl3 hiệu suất khử màu tăng, nhiên đến khoảng nồng độ định hiệu xử màu ổn định Do nồng độ 800 ppm chọn ñể xử lý 3.1.4.2 Khảo sát Polime Cation Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, nồng ñộ polime cation thay ñổi từ ppm ñến ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3238 Kết trình bày hình 3.12 định hạt keo nhờ vào chế hấp phụ trung hịa điện tích Ngồi hỗ trợ polime cation liên kết bắt cầu hấp phụ polime lên cạnh riêng bề mặt hạt keo chất keo tụ, kết hạt keo bị lắng xuống màu bị giảm Do đó, nồng độ ppm ñược chọn ñể khảo sát 3.1.4.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, polime cation ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban đầu D0=1,3238 Kết trình bày hình 3.16 1,4 60 1,2 50 40 0,8 30 0,6 50 0,8 40 0,6 30 0,4 20 0,2 10 D %D %D 10 0,2 0 10 pH % Mật ñộ quang 60 D 20 0,4 1,2 % 60 Mật ñộ quang 1,2 % Mật ñộ quang 17 Nồng độ (mg/l) Hình 3.15 Ảnh hưởng nồng độ FeCl3 Kết hình 3.15 cho thấy nồng độ ppm ppm hiệu suất hấp phụ màu tốt ñạt hiệu suất 51,05% 52,32% Polime cation loại polime hịa tan dung dịch ion hóa thành cation tạo nên lớp điện tích dương xung quanh phân tử polime, lớp điện tích dương góp phần trung hịa hạt keo mang điện âm dung dịch Chất keo tụ FeCl3 làm tính ổn Hình 3.16 Ảnh hưởng pH Kết hình 3.17 cho thấy giá trị pH=8 hiệu suất phân hủy màu cao (53,64%) Kết có ảnh hưởng tốt đến trình xử lý nước thải phương pháp keo tụ, nước thải dệt nhuộm có giá trị pH cao (khoảng 9-14), xử lý keo tụ pH=8 tiết kiệm ñược nhiều hóa chất Kết luận: Khảo sát q trình đơng tụ với FeCl3/Polime Cation thu ñược kết tốt là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime cation = ppm, %D = 53,64 % Sau khảo sát q trình trên, chúng tơi chọn q trình đơng tụ FeCl3/Polime Cation ñể tiếp tục xử lý phương pháp oxy hóa nâng cao 19 20 COD BOD TSS TDS mg/L mg/L mg/L mg/L 1476 75 316 6540 554 27 98 1230 150 50 100 1000 Fe mg/L 0,527 0,213 Cu mg/L 0,0411 0,0360 Cr(III) mg/L 0,1662 0,0778 Từ kết bảng 3.13 ta thấy, số BOD, TSS số kim loại nặng nước thải ñầu sau keo tụ FeCl3/Polime Cation ñã ñạt tiêu chuẩn cột B tài nguyên môi trường Tuy nhiên, số COD cịn cao nước thải tiếp tục xử lý phương pháp oxy hóa nâng cao 3.2 QUÁ TRÌNH FE(III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 100 90 80 % 70 60 50 40 30 10 15 20 25 30 Thời gian (phút) pH=3 pH=4 pH=6 pH=7 pH=5 Hình 3.18 Đồ thị thể ảnh hưởng pH ñến hiệu suất xử lý màu (%) 80 70 60 50 % COD Bảng 3.13 Các thông số nước thải đầu vào đầu sau đơng tụ với FeCl3/Polime Cation Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải Nước thải QCVN ñầu vào ñầu 13:2008, cột B pH=4 40 pH=5 pH=6 30 20 10 10 20 30 Thời gian (phút) Hình 3.19 Đồ thị thể ảnh hưởng pH ñến hiệu suất xử COD (%) Từ hình 3.18 3.19 cho thấy phân hủy màu tăng dần pH tăng từ ñến sau giảm xuống pH=7, hiệu suất phân hủy màu tốt pH=5 Và hiệu suất COD ñạt giá trị cao 71,19 % pH=5 Điều giải thích sau: Tại pH thấp xảy phản ứng khử gốc HO•, ion H+ theo phản ứng: HO• + H+ + e → H2O sản sinh gốc HO•, làm giảm tốc ñộ phân hủy Hơn nữa, pH thấp phức oxalate tồn chủ yếu dạng FeIII(C2O4)+ nên khả quang hoạt nên hiệu xử lý Ở pH = phức oxalate tồn chủ yếu dạng FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)33− có tính quang hoạt cao, gốc tự HO• tạo nhiều nên hiệu xử lý cao hai phản ứng sau: FeIII(C2O4)2− + hν → Fe2+ + C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1) FeIII(C2O4)33− + hν → Fe2+ + 2C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1) Ở pH hoạt động > tốc độ phân hủy bị giảm mạnh ion sắt tự bị giảm dung dịch tạo thành kết tủa Fe(OH)3 làm ngăn cản tái sinh ion Fe2+ Như vậy, xử lý nước thải hệ Fenton Fe(III)-Oxalat có hiệu cao khoảng pH = 4-5 ( so với Fenton cổ ñiển pH= 2-4), xử lý điều kiện tiết kiệm hóa chất 22 21 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng H2O2 100 90 H2O2=5 mM 80 % H2O2=10 mM H2O2=15 mM 70 Ngồi việc dư H2O2 nhiều vừa khơng kinh tế vừa ảnh hưởng đến mơi trường sống vi sinh sử dụng phương pháp trước phương pháp xử lí vi sinh Vì [H2O2]o phù hợp nghiên cứu 15 mM 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng Fe3+ H2O2=20 mM 60 100 H2O2=25 mM 90 50 10 15 20 25 30 80 Fe3+=0,1mM Thời gian (phút) Fe3+=0,3mM % Hình 3.20 Đồ thị thể ảnh hưởng [H2O2]o ñến hiệu suất xử lý màu (%) 70 Fe3+=0,5mM Fe3+=0,7mM Fe3+=0,9mM 60 50 80 70 40 60 10 15 20 25 30 Thời gian (phút) 50 % H2O2=5 mM H2O2=15 mM 40 H2O2=25 mM 30 20 10 Hình 3.22 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o ñến hiệu suất xử lý màu (%) 80 10 20 30 Thời gian (phút) 60 50 % COD Hình 3.21 Đồ thị thể ảnh hưởng [H2O2]o ñến hiệu suất xử COD (%) Kết từ hình 3.20 3.21 cho thấy việc tăng [H2O2]o làm hiệu suất phân hủy màu tăng lên, nhiên đến nồng độ định hiệu suất bắt ñầu giảm Hiệu suất COD tăng nhanh ñạt giá trị cao 72,92% nồng ñộ 15 mM sau 30 phút xử lý Nguyên nhân tăng nồng ñộ H2O2 làm tạo nhiều gốc HO• phản ứng: Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH• Nhưng lượng H2O2 dư nhiều có phản ứng H2O2 với gốc HO• vừa sinh theo phản ứng: HO + H2O2 → H2O + HO2 HO + HO2 → H2O + O2 70 Fe3+=0,1mM 40 Fe3+=0,5mM Fe3+=0,9mM 30 20 10 10 20 30 Thời gian (phút) Hình 3.23 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o ñến hiệu suất xử COD (%) Các kết hình 3.22 3.23 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu COD có xu hướng tăng tăng [Fe3+], tăng 0.5 mM hiệu xử lý tăng khơng đáng kể Đó việc tăng [Fe3+] làm tăng số lượng gốc HO• tạo thành, 23 24 [Fe3+] tăng lên đủ lớn có lượng gốc tự HO• hình thành phản ứng với Fe2+ phản ứng sau: HO + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1) 3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng C2O42 − Các kết hình 3.24 3.25 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu đạt 100 % nồng ñộ 10 mM 15 mM sau 15 phút xử lý, hiệu suất COD ñạt giá trị cao 81,07% sau 30 phút xử lý Như oxalat vai trò quan trọng xử lý nước thải ánh sáng mặt trời Nếu dùng hệ Fenton Fe(III) mà khơng có oxalat việc tạo gốc tự HO chậm xảy theo phản ứng sau: Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+ (k=3.1×10-3 M-1s-1 ) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO(k=53 M-1s-1) Nếu tăng nồng ñộ oxalat lên nồng ñộ FeII(C2O4) tăng lên, FeII(C2O4) bị oxy hóa H2O2 với số tỉ lệ k = × 104 M-1s-1 nên gốc HO ñược tạo nhiều theo phản ứng sau: FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)+ + HO + HO- ( k = × 104 M-1s-1) Mặt khác, nồng độ oxalat cho vào phức Fe(III)oxalat chủ yếu tồn dạng FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2− khả quang hoạt cịn thấp Khi nồng ñộ oxalat lên FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2− bị chuyển thành FeIII(C2O4)33− quang hoạt tốt xảy theo phản ứng sau: (k=3.31×106 M-1 ) FeIII(C2O4)+ + C2O42− → FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)2− + C2O42− → FeIII(C2O4)33− (k=2.75×104 M-1 ) Ngồi phức oxalat có khả quang hoạt cao ñiều kiện ánh sáng mặt trời, nguyên nhân sắt oxalat có hệ số hấp thụ phân tử cao bước sóng dài ( λ = 550 nm) tạo gốc HO với hiệu suất lượng tử cao Như vậy, oxalat đóng vai trị quan trọng việc tạo gốc HO , phức Fe(III) - oxalat bị quang hóa tốt so với Fe(III), phức Fe(II) - oxalat bị oxy hóa tốt Fe(II) đặc biệt phức oxalat có khả quang hóa tốt ánh sáng mặt trời 100 90 [C2O4]2 =5mM 80 % [C2O4]2 =10mM [C2O4]2 =10mM [C2O4]2 =20mM 70 [C2O4]2 =20mM 60 50 10 15 20 25 30 Thời gian (phút) Hình 3.24 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O42 −]o ñến hiệu suất xử lý màu (%) 80 70 60 % COD 50 [C2O4]2 =5mM 40 [C2O4]2 =15mM [C2O4]2 =25mM 30 20 10 10 20 30 Thời gian (phút) Hình 3.25 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O4]o ñến hiệu suất xử COD (%) 25 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ lượng mặt trời tự nhiên, góp phần giải tình trạng lượng ngày cạn kiệt tiết kiệm nhiều chi phí xử lý - Chất xúc tác Fenton hệ Fe(III)-Oxalat có chi phí thấp, khoảng pH xử lý hiệu rộng so với q trình Fenton thơng thường, tiết kiệm ñược nhiều hóa chất KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài: “Nghiên cứu q trình đơng tụ oxy hóa nâng cao Fenton xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” chúng tơi rút số kết luận sau: a) Q trình đơng tụ Các yếu tố ảnh hưởng ñến phân hủy màu nước thải dệt nhuộm thu ñược kết là: - FeCl3/Bentonit Thuận Hải: pH = 7, FeCl3 = 300 ppm, Bentonit Thuận Hải = 800 ppm, %D = 25,80% - FeCl3/C hoạt tính thu kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính = 500 ppm, %D = 38,56% - FeCl3/Polime Anion thu ñược kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 48 % - FeCl3/Polime Cation thu ñược kết tốt là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 53,64 % Với hiệu suất phân hủy màu tốt nhất, hệ FeCl3/Polime Cation ñã ñược chọn ñể xử lý oxy hóa nâng cao Fenton b) Quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời Điều kiện tốt cho việc xử lý nước thải ánh sáng mặt trời pH=5, [H2O2]o= 15 mM, [Fe3+]o= 0, mM, [C2O42 −]o = 10 mM hiệu suất phân hủy màu gần hồn tồn ñộ giảm COD khoảng 73,07 sau 30 phút xử lý KIẾN NGHỊ - Nghiên cứu ñã khẳng ñịnh ñược ưu kết hợp trình đơng tụ oxy hóa nâng cao Fenton q trình xử lí nước thải nhiễm, đặc biệt tận dụng hiệu ñược nguồn
Ngày đăng: 13/01/2024, 20:08
Xem thêm:
