khó có thể xử lý hoàn toàn độ màu và COD có trong nước thải dệt nhuộm do đặc tính các chất ô nhiễm là hợp chất không phân hủy sinh học.. Nghiên cứu này có ưu điểm là loại bỏ được các hợp
TỔNG QUAN
Tổng quan về nước thải dệt nhuộm [5]
Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp đa sản phẩm, được áp dụng nhiều quy trình sản xuất khác nhau, trong đó nhiều hóa chất và nguyên vật liệu được sử dụng Nước thải dệt nhuộm đặc biệt nước thải từ công đoạn nhuộm có chứa các chất hữu cơ khó phân hủy, độ màu và độ ô nhiễm cao, có độc tính đối với con người và sinh vật Vì vậy xử lý nước thải dệt nhuộm để đạt quy chuẩn đang là vấn đề cấp thiết Ngành dệt là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp, áp dụng nhiều loại hình công nghệ khác nhau Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để sản xuất các loại vải cotton và vải pha Ngoài ra còn sử dụng các nguyên liệu như lông thú, đay gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng tương ứng Lượng hoá chất sử dụng trong ngành dệt nhuộm cũng rất đa dạng Các công đoạn tốn hóa chất trong quá trình dệt nhuộm chủ yếu đến từ quá trình nhuộm vải bao gồm thuốc nhuộm và các hóa chất trợ nhuộm Một số loại thuốc nhuộm và chất phụ trợ thường được sử dụng trong công nghệ dệt nhuộm của nhà máy như: thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm cation và thuốc nhuộm axit
Nguồn gốc và thành phần nước thải phụ thuộc vào: công nghệ sản xuất, đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng Nguồn nước thải chủ yếu phát sinh trong quá trình kéo sợi, hồ sợi, nhuộm, giặt tẩy và vệ sinh trang thiết bị nhuộm
Công nghệ dệt nhuộm và nguồn gốc phát thải từ quá trình sản xuất ngành dệt nhuộm được thể hiện qua Hình 2.1
Hình 2.1 Quy trình công nghệ dệt nhuộm [5]
Các chất gây ô nhiễm môi trường chính trong nước thải của công nghiệp dệt nhuộm ba gồm các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nito, pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lượng tơ sợi) Các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tình bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO4,…các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt Các loại thuốc nhuộm được đặc biệt quan tâm vì chúng thường là nguồn sinh ra các kim loại, muối và màu trong nước thải Độ gắn màu của các loại thuốc nhuộm vào sợi rất khác nhau Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trong khoảng 50 – 98% phần còn lại sẽ đi vào nước thải
Thành phần nước thải công nghiệp dệt rất đa dạng, bao gồm các chất ô nhiễm dạng hữu cơ thuốc nhuộm, tinh bột, tạp chất và dạng vô cơ (các muối trung tính, các chất trợ nhuộm,…) Nước thải dệt nhuộm sẽ khác nhau khi sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau Chẳng hạn như len và cotton thô sẽ thải ra chất bẩn tự nhiên của sợi Nước thải này có độ màu, độ kiềm, BOD và chất lơ lửng cao Ở loại nguyên liệu sợi tổng hợp, nguồn gây ô nhiễm chính là hóa học do các loại hóa chất sử dụng trong giai đoạn tẩy và nhuộm Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm là sự dao động lớn cả về lưu lượng và tải lượng các chất ô nhiễm, nó thay đổi theo mùa, theo mặt hàng xuất và chất lượng sản phẩm Nhìn chung nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm có độ kỵ nước khá cao, có độ màu, nhiệt độ và hàm lượng các chất hữu cơ, tổng chất rắn cao
Nước thải sau khi giải nhiệt do nhiệt độ cao thì được xử lý bằng các phương pháp như hóa lý, sinh học kỵ khí, sinh học hiếu khí,… Sau quá trình xử lý sinh học của nước thải dệt nhuộm, đa phần trong nước còn lại các hợp chất khó phân hủy sinh học, độ màu khó xử lý do đó cần thêm các phương pháp xử lý bậc cao để loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm này để đảm bảo nước sau xử lý đạt quy chuẩn.
Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [6]
2.2.1 Phương pháp keo tụ Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm Trong phương pháp này người ta thường dùng các loại phèn nhôm hay phèn sắt cùng với sữa vôi như sunfat sắt, sunfat nhôm hay hay hỗn hợp của 2 loại phèn này và hydroxyt canxi Ca(OH)2 với mục đích khử màu và một phần COD Nếu dùng sunfat sắt (II) thì hiệu quả đạt tốt nhất ở độ pH = 10, còn nếu dùng sunfat nhôm thì pH = 5 – 6
Nguyên lý: khi dùng phèn thì sẽ tạo thành các bông hydroxyt Các chất màu và các chất khó phân hủy sinh học bị hấp phụ vào các bông cặn này và lắng xuống tạo bùn Để tăng quá trình keo tụ, tạo bông người ta thường bổ sung chất trợ keo tụ như polymer hữu cơ
Phương pháp này được dùng để xử lý màu nước thải và đạt hiệu suất khử màu đối với thuốc nhuộm phân tán Bên cạnh phương pháp keo tụ hóa học, phương pháp keo tụ điện hóa đã được ứng dụng để khử màu ở quy mô công nghiệp Nguyên lý của phương pháp này là trong thiết bị keo tụ có các điện cực, các điện cực có dòng điện một chiều để làm tăng quá trình kết bám tạo bông cặn dễ lắng Điều kiện làm việc tối ưu của hệ thống này là: cường độ dòng điện 1800mA, điện thế 8V, pH 5.5 – 6.5
Phương pháp keo tụ là một công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến với nhiều ưu điểm như hiệu quả, chi phí thấp, và dễ triển khai Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế, đặc biệt là về việc xử lý bùn thải và không loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm phức tạp Do đó, trong nhiều trường hợp, keo tụ thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp xử lý khác để đạt hiệu quả tốt nhất
Phương pháp hấp phụ có khả năng dùng để xử lý các chất không có khả năng phân hủy sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử lý bằng phương pháp sinh học Phương pháp này được dùng để khử màu nước thải chứa thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính Cơ sở của quá trình là hấp phụ chất tan lên bề chất rắn (chất hấp phụ) Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbon, magie, zeolite trong đó than hoạt tính là chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn 400 – 1500 m 2 /g
Phương pháp hấp phụ là một kỹ thuật hiệu quả để xử lý nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là trong việc loại bỏ màu sắc và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy Tuy nhiên, chi phí cao, sự cần thiết phải xử lý chất thải hấp phụ, và sự phụ thuộc vào chất lượng của chất hấp phụ là những hạn chế cần được cân nhắc Để đạt hiệu quả tối ưu, phương pháp hấp phụ thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp xử lý khác như keo tụ hoặc oxy hóa
Do cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm nên trong khử màu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa phải dùng chất oxy hóa mạnh Chất oxy hóa được dùng phổ biến hiện nay là ozone, ozone có khả năng khử màu rất tốt đặc biệt cho nước thải chứa thuộc nhuộm hoạt tính Để khử màu 1g thuốc nhuộm hoạt tính cần 0.5g O3 [6]
Phương pháp oxy hóa có khả năng loại bỏ màu và các chất hữu cơ khó phân hủy, không tạo ra bùn thải lớn và áp dụng linh hoạt ở các giai đoạn trong hệ thống xử lý Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là chi phí vận hành cao, khả năng oxy hóa không hoàn toàn, dư lượng chất oxy hóa gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh
Phương pháp màng được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi hóa chất để tái sử dụng như: tinh bột PVA, thuốc nhuộm indigo, muối, thuốc nhuộm Động lực quá trình lọc màng là sự chênh lệch áp suất giữa 2 phía của màng
Phương pháp màng trong xử lý nước thải dệt nhuộm mang lại hiệu quả cao nhưng đi kèm với chi phí và yêu cầu vận hành phức tạp Việc áp dụng công nghệ này đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về mặt kinh tế và kỹ thuật để đạt được hiệu quả tối ưu
Phần lớn các chất có trong nước thải dệt nhuộm là những chất có khả năng phân hủy sinh học Trong một số trường hợp nước thải dệt nhuộm có thể chứa các chất có tính độc đôi với vi sinh vật như các chất khử vô cơ, formandehit, kim loại nặng, clo,…và các chất khó phân hủy sinh học như các chất tẩy rửa, hồ PVA, các loại dầu khoáng…do đó trước khi đưa vào xử lý sinh học, nước thải cần được khử các chất gây độc và giảm tỷ lệ các chất khó phân hủy sinh học bằng phương pháp xử lý cục bộ
Trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí cần kiểm tra tỷ lệ chất dinh dưỡng cho quá trình phân hủy tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1 Các phương pháp sinh học thông thường được sử dụng cho nước thải sinh hoạt là bùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hóa hoặc kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc
Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải dệt nhuộm là một lựa chọn thân thiện với môi trường và kinh tế, nhưng hiệu quả của nó phụ thuộc vào tính chất của nước thải và điều kiện vận hành Trong nhiều trường hợp, phương pháp này được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác để đạt hiệu quả xử lý cao nhất
2.3 Tổng quan về công ty sản xuất và hệ thống xử lý hiện hữu tại nhà máy
Công ty TNHH Coats Phong Phú có diện tích 28.000 m 2 với ngành nghề hoạt động là sản xuất chỉ may và chỉ thêu, công suất 10.000 tấn sản phẩm/năm
2.3.1 Hiện trạng tình hình sản xuất nhà máy
Hoạt động sản xuất của nhà máy hiện hữu là nhuộm sợi chỉ có sẵn để ra thành phẩm dùng trong các hoạt động may mặc và may giày Quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy được thể hiện trong Hình 2.2
Hình 2.2 Quy trình sản xuất của Công ty TNHH Coats Phong Phú [81]
Nước thải sản xuất của Công ty phát sinh chủ yếu từ công đoạn nhuộm Tính chất nước thải của Công ty chứa nhiều hóa chất nhuộm Định mức sử dụng nước của Công ty là 60 lít/1 kg sản phẩm sợi Một số Nguyên nhiên, vật liệu sử dụng trong quá trình sản xuất được thể hiện qua Bảng 2.1 sau:
Bảng 2.1 Nguyên nhiên, vật liệu sử dụng trong quá trình sản xuất của nhà máy
STT Tên Đơn vị Khối lượng
2.1 Nước cấp sinh hoạt m 3 /ngày 110
2.2 Nước cấp sản xuất m 3 /ngày 1.800
1 Thuốc nhuộm phân tán kg/năm 100.000
2 Thuốc nhuộm axit kg/năm 20.000
3 Thuốc nhuộm hoàn nguyên kg/năm 300
4 Thuốc nhuộm hoạt tính kg/năm 800
5 Hóa chất giặt, nhuộm phân tán kg/năm 700.000
6 Hóa chất giặt, nhuộm axit kg/năm 200.000
7 Hóa chất giặt, nhuộm hoạt tính kg/năm 30.000
8 Hóa chất giặt, nhuộm hoàn nguyên kg/năm 5.000
Tính chất nước thải của nhà máy trước khi xử lý được trình bày ở Bảng 2.2
Bảng 2.2 Tính chất nước thải sản xuất của nhà máy [81]
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
2.3.2 Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải
Tổng quan về AOPs xử lý nước thải dệt nhuộm [7]
Các quá trình oxy hóa bậc cao xử lý nước thải dệt nhuộm được thể hiện qua Hình 2.2
Các phương pháp oxy hóa bậc cao
Dựa trên Fenton Dựa trên Ozone Quang xác tác Điện hóa Các phương pháp khác
TiO 2 /UV TiO 2 /VIS TiO 2 /doping/UV Chất bán dẫn khác/UV Chất bán dẫn nung/UV
Oxy hóa điện hóa Fenton điện hóa Điện phân vi mô Điện hóa cải tiến Lọc màng nhanh
Bức xạ gamma Chùm tia điện tử Siêu âm (US) US/xúc tác US/xúc tác/UV
Xâm thực thủy động lực học (HC) HC/Fenton HC/O 3
Hình 2.4 Các quá trình oxy hóa bậc cao xử lý nước thải dệt nhuộm [7] 2.4.1 Fenton và phản ứng quang Fenton
Sự hình thành các gốc hydroxyl bằng phản ứng phân hủy của hydro peroxide được xúc tác bởi các ion sắt Fe 2+ (phương trình 2.1)
Việc tạo ra các gốc hydroxyl có thể được tăng cường bằng ánh sáng cực tím (phương trình 2.2 và 2.3 )
Trên cơ sở các thí nghiệm trước đây được tiến hành trên dung dịch thuốc nhuộm, các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng quy trình Fenton để xử lý nước thải dệt nhuộm bằng bức xạ UV [3, 8] Ngoài ra, các thí nghiệm về quá trình Fenton trong điều kiện không có bức xạ cũng được tiến hành Liều lượng thuốc thử được sử dụng nghiên cứu thay đổi trong một phạm vi rất rộng Tuy nhiên, việc vượt quá 0.8g H2O2 và 0.06g
Fe 2+ trên 1g COD ban đầu thì không hiệu quả về kinh tế do kết quả cho thấy rằng liều lượng chất oxy hóa cao hơn không dẫn đến sự gia tăng loại bỏ chất hữu cơ Hiện tượng này có thể được giải thích bằng sự phức tạp nước thải dệt nhuộm, đặc biệt sau khi nhuộm hoạt tính, nước thải ra chứa một lượng đáng kể các chất điện giải, chủ yếu là Clorua cùng với các ion cacbonat và bicacbonat Các chất vô cơ này được gọi là chất nhặt rác gốc hydroxyl [9] Ledakowicz và các cộng sự [10] đã chỉ ra rằng trong quá trình Fenton, clorua hoạt động như những chất quét gốc hydroxyl dẫn đến sự hình thành các gốc ion (Cl•- và HOCl•-), ít phản ứng hơn nhiều so với các gốc •OH Ngoài ra, Bilińska và đồng nghiệp [11] đã chứng minh rằng chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong ngành dệt may dẫn đến sự ức chế khử màu trong quá trình Fenton Ngoài liều lượng hóa chất, ảnh hưởng của nhiệt độ [8, 12-14] và dung dịch phản ứng [3, 13] cũng tác động đối với quá trình Fenton Giá trị nhiệt độ tối ưu dao động trong khoảng từ 25 đến 70°C, trong khi độ pH thuận lợi nhất được tìm thấy nằm trong phạm vi rất hẹp từ 3 đến 3,5 Để tăng cường quy trình các nghiên cứu thực hiện bổ sung các chất xúc tác không đồng nhất, ví dụ: than hoạt tính xốp [13] Một số nghiên cứu đã thực hiện với sắt hóa trị 0 [15, 16], hợp chất phân tử sắt (III) hữu cơ [14], Co 2+ gắn với nhôm oxit biến đổi chất hoạt động bề mặt [17] hoặc hạt nano Fe3O4 (MNPs) [18] thay cho Fe 2+ Việc tăng cường quá trình Fenton bằng siêu âm cũng đã được nghiên cứu [17, 18] Những hạn chế chính của quá trình Fenton và quang Fenton bao gồm việc tạo ra bùn và phần còn lại của các ion sắt không sử dụng (đối với trường hợp của quá trình đồng nhất) Ngoài ra, nước thải dệt nhuộm thường có pH từ 8.0 trở lên, trong khi quy trình Fenton yêu cầu ở pH = 3 nên việc điều chỉnh pH sẽ tốn kém về chi phí hóa chất Đồng thời nước thải dệt nhuộm chứa một lượng đáng kể clorua hoặc sunfat từ quá trình nhuộm do đó làm tăng tải trọng ô nhiễm
Ozone là một chất oxy hóa mạnh có thể hoạt động theo hai cách Trong điều kiện axit, ozone phản ứng trực tiếp với các hợp chất hữu cơ như một điện li Quá trình này không thể được phân loại là AOPs [19]
Tuy nhiên, ở các mức pH cơ bản, cơ chế ozon hóa thay đổi từ ozone hóa trực tiếp sang cơ chế gốc phức tạp Ozone bị phân hủy nhanh chóng, để tạo ra gốc hydroxyl và các gốc tự do khác (HO•2, HO•4) [19] Các gốc hydroxyl sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ nhanh hơn so với bản thân ozone Tốc độ oxy hóa thuốc nhuộm tăng khi pH dung dịch tăng [20] Bilińska và cộng sự [21] đã chỉ ra rằng quá trình ozone hóa gián tiếp có đóng góp đáng kể vào quá trình ozon hóa tổng thể với độ pH bằng 6
Việc tạo ra các gốc hydroxyl từ ozone có thể được tăng cường bằng cách bổ sung hydro peroxide, bức xạ UV hoặc cả hai [22] Ngoài ra, các chất xúc tác không đồng nhất có thể bắt đầu các phản ứng dây chuyền kiểu gốc (ví dụ như than hoạt tính) [23] Việc sử dụng các chất xúc tác, chẳng hạn như kim loại, oxit kim loại và vật liệu tổng hợp không đồng nhất, giúp tăng cường quá trình phân hủy Vai trò chính của chất xúc tác là bắt đầu quá trình phân hủy ozone và tạo ra các gốc hydroxyl Hơn nữa, chất xúc tác cung cấp một bề mặt kết dính bổ sung cho khí ozone và thông qua quá trình chuyển tiếp hấp phụ bề mặt cho phép hấp thụ ozone tăng cường vào pha lỏng Chất xúc tác ở dạng hoạt hóa có thể cung cấp khả năng phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ bởi một phản ứng chuyển điện tử [24]
Nhìn chung, AOPs quang hóa có thể được chia thành: quá trình quang hóa- Fenton (được mô tả trong Phần 2.3.1), ozon hóa bằng bức xạ UV (được mô tả trong Phần 2.3.2), bức xạ UV bằng hydro peroxide ngoài ra, bức xạ UV chân không (VUV) và quang xúc tác [25] Nước thải dệt nhuộm chứa một lượng đáng kể thuốc nhuộm, cũng như vật liệu lơ lửng do đó năng lượng của ánh sáng có thể được hấp thụ bởi các phân tử hữu cơ và bị tán xạ bởi các hạt [26]
Dưới bức xạ UV, hydrogen peroxide bị quang phân trực tiếp thành hai gốc hydroxyl Các photon được hấp thụ bởi các phân tử nước, gây ra sự đồng phân và ion hóa của chúng để tạo ra các gốc hydroxyl [27] Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng AOP dựa trên ozone có hiệu quả hơn trong xử lý nước thải dệt nhuộm so với quá trình
Quang xúc tác là quá trình trong đó quá trình quang hoạt hóa chất bán dẫn được bắt đầu bằng cách chiếu xạ, với các cặp electron-lỗ trống xuất hiện do kích thích vùng cấm [25] Cả hai quá trình khử và oxy hóa đều có thể xảy ra tại hoặc gần bề mặt của hạt bị quang hóa Lỗ trống dương, phát sáng có thể phản ứng với các chất cho điện tử để tạo ra các gốc hydroxyl Các gốc hydroxyl và anion superoxide có thể oxy hóa các hợp chất hữu cơ dẫn đến quá trình khoáng hóa của chúng [30] Oxit kim loại là một nhóm chất bán dẫn rất phổ biến được sử dụng làm chất xúc tác quang, trong số đó, TiO2 được cho là chất tốt nhất có đặc tính tương tác hỗ trợ kim loại mạnh và xúc tác quang [31]
Quá trình oxy hóa quang xúc tác hiện đang rất phổ biến trng đó TiO2 là chất xúc tác được sử dụng nhiều nhất Hiệu quả quang xúc tác của TiO2 được tăng cường khi sử dụng ozon hóa [30]
Xử lý điện hóa nước thải có thể được coi là một nhóm các quy trình trong đó việc sử dụng điện là một động lực Đốt điện (EC), khử điện hóa (ER), oxy hóa điện hóa (EO), oxy hóa điện gián tiếp với các chất oxy hóa mạnh và các phương pháp xử lý kết hợp như phương pháp điện hóa có hỗ trợ bằng ánh sáng hoặc siêu âm có thể được coi là thành phần của nhóm các quá trình điện hóa Việc tạo ra gốc hydroxyl trong quá trình phân loại nó là AOP; tuy nhiên, không phải tất cả các quy trình được đề cập ở trên đều có thể được gán cho EAOPs
Do sự sinh điện của các gốc hydroxyl trên bề mặt cực dương, oxy hóa điện hóa (EO) có thể được coi là EAOP Các quy trình đề cập đến EO được giả định là những phương pháp xử lý mà các chất ô nhiễm bị phân hủy theo cách oxy hóa do hoạt động của anot Mặc dù, •OH xảy ra trên cực dương trong quá trình EO nhưng không phải lúc nào nó cũng là chất oxy hóa các chất ô nhiễm trong quá trình [32] Nói chung, quá trình oxy hóa trong EO có thể xảy ra theo cách trực tiếp hoặc gián tiếp Quá trình oxy hóa anốt trực tiếp các chất ô nhiễm thông qua chuyển điện tử là cơ chế phân hủy chất ô nhiễm đầu tiên Thứ hai, là quá trình oxy hóa trung gian gây ra bởi các loại oxy hóa: gốc oxy, được tạo ra từ quá trình phân hủy nước và các loại khác (chủ yếu là clo) [33] Tiêu chí của sự xuất hiện các loại oxy hóa là oxy hóa quá mức của vật liệu cực dương Theo thế O2, hai loại điện cực có thể được phân biệt, “hoạt động” với mức thế O2 thấp và “không hoạt động” với mức thế O2 cao Khi các cực dương “không hoạt động” được coi là loại oxy phản ứng là gốc hydroxyl được hấp thụ trên bề mặt cực dương, được tạo ra trong phản ứng (2.4):
M + H2O → M(•OH) + H + + e − (2.4) trong đó M là vật liệu cực dương
Do thế O2 quá thấp của vật liệu cực dương “hoạt động”, M(•OH) được tạo ra trong phản ứng (2.4) là bị hấp phụ hóa học, nó được biến đổi thành “oxit cao hơn” (MO) trong phản ứng (2.5):
M(•OH) → MO + H + + e − (2.5) Các loại oxy hóa bổ sung có thể được hình thành thông qua các quá trình điện phân từ muối, chủ yếu là các loại oxy hóa dựa trên clo, nếu muối có mặt trong khối phản ứng (2.6 – 2.8)
Cl2 + H2O → HClO + Cl − + H + (2.7) HClO ↔ H + + ClO − (2.8) Việc rửa giải các loại oxy hóa clo được gọi là quá trình oxy hóa điện gián tiếp với cường độ oxy hóa mạnh Các cơ chế liên quan đến các loại oxy hóa khác nhau có thể xuất hiện đồng thời, đặc biệt trong trường hợp nền nước thải phức tạp
Việc sử dụng tế bào điện hóa được trang bị nguồn ánh sáng tia cực tím và cực dương bán dẫn ổn định làm nguồn chất xúc tác là quá trình quang điện và được chỉ định là một phát triển trong EO [34]
Tổng quan về xúc tác và xúc tác được nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm
Xúc tác là chất khi thêm vào hỗn hợp phản ứng một lượng nhỏ cũng có thể đẩy nhanh tốc độ phản ứng lên nhiều lần (hàng trăm, hàng nghìn có khi hàng triệu lần…) Chất xúc tác khi tham gia tạo thành hợp chất trung gian với các chất phản ứng, sau khi kết thúc phản ứng sẽ hoàn nguyên lại xúc tác Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng để phản ứng nhanh đạt cân bằng chứ không làm chuyển dịch cân bằng Ngoài tính năng làm tăng tốc độ phản ứng, xúc tác còn có tính chọn lọc cao
Phản ứng xúc tác là một phản ứng hóa học, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào khối lượng xúc tác và hoạt tính của xúc tác Mặc dù chất xúc tác không bị tiêu tốn trong quá trình phản ứng nhưng chất xúc tác có thể bị bất hoạt, mất hoạt tính và mài mòn bởi nhiều yếu tố trong quá trình hoạt động như nhiệt độ, hơi nước, các hợp chất lưu huỳnh, lưu lượng dòng khí…[45]
Tùy vào cấu trúc, thành phần, khả năng ứng dụng hay trạng thái mà xúc tác có thể được phân chia thành các nhóm khác nhau Trong nghiên cứu này, xúc tác sẽ được phân loại dựa vào trạng thái của xúc tác sau khi chế tạo thành công Theo cách phân loại này thì xúc tác được chia thành hai loại là xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể
- Xúc tác đồng thể là xúc tác mà chất xúc tác và chất phản ứng ở cùng một pha
- Xúc tác dị thể là chất xúc tác và chất tham gia phản ứng ở hai pha khác nhau
Thông thường, trong xúc tác dị thể, chất rắn sẽ xúc tác các phản ứng của các phân tử trong pha khí hoặc pha lỏng Quá trình xúc tác sẽ diễn ra trên bề mặt của chất rắn Xúc tác rắn thường sử dụng các vật liệu đắt tiền Do đó, các vật liệu này thường được chế tạo với kích thước nano trên một chất mang có cấu trúc xốp, trơ
Xúc tác dị thể bao gồm các loại phản ứng như hệ xúc tác rắn với chất phản ứng là lỏng - lỏng, hệ xúc tác rắn với chất phản ứng là lỏng – khí và hệ xúc tác rắn với chất phản ứng là khí – khí Xúc tác rắn với cấu trúc xốp, bề mặt bao gồm nhiều mao quản với kích thước khác nhau tạo nên bề mặt riêng của nó Các phản ứng thường xảy ra trên bề mặt trong do mao quản hình thành Khi đó, xúc tác dị thể gồm các giai đoạn:
- Chất phản ứng khuếch tán đến bề mặt ngoài của chất xúc tác,
- Chất phản ứng khuếch tán vào mao quản,
- Chất phản ứng bị hấp phụ lên bề mặt xúc tác,
- Chất phản ứng tạo thành sản phẩm,
- Sản phẩm được nhả hấp ra khỏi bề mặt xúc tác,
- Sản phẩm được khuếch tán ra khỏi mao quản,
- Khuếch tán sản phẩm ra môi trường
Hiện nay xúc tác dị thể có những điểm vượt trội như có thể tự động hóa thiết bị nhờ phản ứng xảy ra liên tục, dễ dàng tách chất xúc tác ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng và năng lượng hoạt hóa thấp hơn
Hoạt tính của xúc tác được xác định bằng tập hợp các tính chất hóa lý của xúc tác và của chất cần chuyển hóa Trong quá trình làm việc xúc tác dần dần giảm hoạt tính hoặc bị phá hủy Vì vậy, cần phải tái sinh xúc tác hoặc thay xúc tác mới theo chu kỳ
Hoạt tính của xúc tác phụ thuộc vào các yếu tố như sau:
- Hàm lượng chất tăng hoạt tính xúc tác,
- Áp suất, lưu lượng thể tích, nồng độ và khối lượng phân tử của tác chất và sản phẩm trong pha phản ứng
2.5.3 Một số xúc tác được sử dụng để nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm
Chất xúc tác dựa trên kim loại chuyển tiếp hiện đang là hướng phổ biến trong nghiên cứu các quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) Cho đến nay, vật liệu gốc sắt (Fe2O3, Fe3O4, CuFe2O4, FeOOH) là một trong những chất xúc tác đa pha nổi bật nhất, với tốc độ lọc thấp hơn làm giảm hiệu suất sinh ra bùn sắt đồng thời mở rộng phạm vi pH làm việc hiệu quả FeOOH là một trong những vật liệu gốc sắt thân thiện với môi trường, ổn định và không độc hại có sẵn trên trái đất và đã trở thành chất xúc tác dị thể có triển vọng cao trong AOPs α-FeOOH (goethite), β-FeOOH (akageneite), γ-FeOOH (lepidocrocite) và δ-FeOOH (feroxyhyte) là bốn pha tinh thể của FeOOH Các hợp chất này bao gồm các lớp tám mặt FeO3(OH)3 tạo thành cấu trúc cơ bản, chúng sẽ chia sẻ các góc, cạnh hoặc mặt để tạo thành các mảng cấu trúc khác nhau Ngoài ra, FeOOH có diện tích bề mặt riêng và các nhóm chức năng bề mặt vượt xa các vật liệu gốc sắt khác, do đó có đặc tính hấp phụ và xúc tác tuyệt vời Đồng thời FeOOH có đặc tính quang học đặc biệt và vượt trội, đồng thời là chất bán dẫn nổi tiếng cho các ứng dụng xúc tác quang nhờ khoảng cách dải hẹp (1,9-2,2 eV) [47][77]
Là một chất xúc tác quang, FeOOH có khả năng độc đáo để tạo ra các cặp electron bằng cách bẫy ánh sáng và hệ thống dị thể FeOOH cải thiện khả năng oxy hóa khử chất mang và kéo dài tuổi thọ của cặp electron-lỗ trống Đặc biệt, Fe(III) của FeOOH dễ bị oxy hóa thành Fe(II), giúp đẩy nhanh bước ức chế quan trọng nhất trong phản ứng Fenton Tuy nhiên, hoạt tính của một chất xúc tác đơn lẻ và chất oxy hóa sơ cấp là tương đối thấp, do đó, để thúc đẩy sự phát triển chất xúc tác quang Fenton qua trung gian FeOOH [47][77]
Một số xúc tác được sử dụng để nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm được thể hiện qua bảng 2.1
Bảng 2.3 Một số xúc tác được sử dụng để nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm [47]
Xúc tác Chất ô nhiễm Điều kiện vận hành Hiệu quả xử lý
Fe dựa trên đất sét laponite Acid black 1
[Dye] = 100 mg/l, [H2O2] P0 mg/l, catalyst loading = 1.0 g/l, pH 3.0, UVC = 2 *8 W
Fe-laponite Azo dye acid black 1
[Dye] = 0.1 mM, [H2O2] = 6.4 mM, catalyst loading = 1 g/l, H2O2/AB1:
Xúc tác Chất ô nhiễm Điều kiện vận hành Hiệu quả xử lý
[Dye] = 0.1 mM, [H2O2] = 10 mM, catalyst loading = 0.5 g/l, Hg lamp = 125 W, pH 3
[Dye] = 0.1 mM, [H2O2] = 10 mM, catalyst loading = 0.5 g/l, lamp = 125
[Dye] = 0.2 mM, [H2O2] = 10 mM, catalyst loading = 5 g, pH 3.0
[Dye] = 100 mg/l, [H2O2] = 34 mg/l, catalyst loading = 0.500 g/l, UV = 36
[Dye] = 100 mg/l, [H2O2] = 3.92 mM, catalyst loading = 0.5 g/l, pH 3,
Clay-based Fe nanocomposites OIl
[Dye] = 0.2 mM, [H2O2] = 10 mM, catalyst loading = 1.0 g/l, UVC = 1 × 8 W, pH 3.0
Xúc tác Chất ô nhiễm Điều kiện vận hành Hiệu quả xử lý
Fe-modified local clay Acid green 25
[Dye] = 50 ppm, [H2O2] = 6.7 mM, catalyst loading = 1.25 g/l, pH 3
[Dye] = 100 mg/l, [H2O2] = 14.7 mM, H2O2/ Dye = 205.3 (molar ratio), catalyst loading: 1 g/l,
[Dye] =0.01 mM, [H2O2] 0.0 mM, catalyst loading =3.3 g min/ml, pH 2.5 and T P o C
[Dye] = 0.01 mM, [H2O2] 0.0 mM, catalyst loading =3.3 g min/ml, pH 2.5 and T = 50 o C
Fe2O3-SiO2 MO [Dye] =0.6 mg/ml,
[Dye] y.5 mg/l, [FeOOH] = 0.3 g/l, [H2O2] =7.77 mM, p = 80 W/l, pH 3
Xúc tác Chất ô nhiễm Điều kiện vận hành Hiệu quả xử lý
Fe-zeolite Y- type catalyst Acid red 1
Dye] = 50 mg/l, [H2O2] mM, catalys dosage = 2.50 g/l, pH 2.5, T 0 o C
Fe(II) supported on Y zeolite
[Dye] = 50 ppm, [H2O2] = 8.7 mM, [Catalyst] = 15 g/l, T = 80°C, pH 5.96
[Dye]: 50 mg/l, [H2O2] = 8 mM, catalyst loading = 5.0 g/l, T = 30°C, pH 3.0
[Dye] = 75 mg/l, [H2O2] = 7.35 mM, catalyst loading = 100 mg/l ,pH 5.51
ZnO Acid red 14 [Dye] = 20 ppm, catalyst loading = 160 ppm XColor: 100%
[Dye] = 200 mg/l, T = 25°C, stirrer rate = 300 rpm;
(*) Tài liệu 47 được tổng hợp từ nhiều tài liệu tham khảo khác
Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
Việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hiệu quả về kinh tế, môi trường sức khỏe con người là vấn đề được quan tâm Do đó các nghiên cứu về các phương pháp AOPs đã được tiến hành rộng rãi trong và ngoài nước
2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Quá trình Ozone và Peroxone đều có khả năng oxy hóa, phá vỡ cấu trúc của các hợp chất mang màu để xử lý màu của dung dịch phẩm Direct red 23 với hiệu quả cao Nghiên cứu đã so sánh và xác định được quá trình Peroxon cho hiệu quả xử lý màu cao hơn Sau thời gian xử lý 80 phút, quá trình Peroxon cho hiệu suất xử lý màu đạt 99.48 %, quá trình Ozon hóa cho hiệu suất xử lý màu đạt 97.62 % Để dễ ứng dụng vào thực tế, chọn pH 9 cho quá trình Ozon hóa nhằm xử lý nước thải sau công đoạn nhuộm từ làng nghề Vạn Phúc Lựa chọn cấp Ozon vào dung dịch qua hệ Injector - ống dòng thay cho sục Ozon trực tiếp vào dung dịch nước thải phẩm nhuộm đã tận dụng và hạnchế lượng khí Ozon dư thoát ra ngoài, đồng thời, làm giảm thời gian phản ứng, nâng cao hiệu quả của quá trình Ozon hóa (thời gian phản ứng giảm từ 10 giờ xuống 8 giờ, mà hiệu quả xử lý màu tăng từ 95.03 % lên đến 98.05 %) Độ màu của dung dịch sau xử lý đạt 104 Pt - Co, phù hợp tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 13:2009/BTNMT (cột B, 150 Pt - Co) [48]
Nghiên cứu của Bùi Thị Vụ về nước thải dệt nhuộm có COD từ 2000-2400 mg/L, kết quả cho thấy sự kết hợp UV/H2O2 đem lại hiệu quả cao hơn so với xử lý riêng lẻ Lượng H2O2 tối ưu theo tỉ lệ H2O2:COD = 1:0,8 (theo khối lượng), điều kiện pH = 3.5 là tối ưu cho quá trình xử lý bằng UV/H2O2 [49]
Nghiên cứu của Nguyễn Anh Dũng về xúc tác Fe/Carbon cho thấy hiệu quả loại bỏ Xanh Methylene tăng tỉ lệ thuận với lượng chất xúc tác Fe/Than cụ thể khi lượng xúc tác từ 0,05 g đạt hiệu suất xử lý là 88.19% trong 2 giờ thì khi tăng lượng xúc tác lên 2 lần thì hiệu suất xử lý đạt 99.98% trong 1 giờ Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu Xanh Methylene đối với hiệu quả loại bỏ XanhMethylene Có thể thấy rằng Xanh Methylene được loại bỏ hiệu quả trên 99% trong 45 phút khi nồng độ ban đầu là 50 ppm Tuy nhiên khi nồng độ ban đầu tăng lên 70 – 120 ppm hiệu quả giảm xuống còn 50% trong 45 phút [50]
2.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Quá trình ozon hóa xúc tác ở quy mô thí điểm đối với nước thải thu được từ các quy trình trong ngành dệt may đã được thử nghiệm ở quy mô thí điểm sử dụng oxit kẽm kết hợp đồng làm chất xúc tác đã được thực hiện Liều lượng xúc tác Cu-ZnO là
1000 mg/L, lưu lượng ozone 4000 mg/m 3 và pH 7.2 trong 30 phút thì phản ứng xúc tác có thể loại bỏ 89% COD Giảm COD bằng quá trình ozon hóa xúc tác tăng hiệu suất gấp sáu lần so với quá trình ozon hóa đơn lẻ Quá trình ozon hóa xúc tác dẫn đến tiết kiệm năng lượng tiêu thụ gấp ba lần so với quá trình ozon hóa đơn lẻ [51] Nghiên cứu xúc tác ozon hóa nước thải dệt nhuộm bằng than hoạt tính được thực hiện Chi phí áp dụng quá trình ozon hóa xúc tác với O3/rGAC-BAC là 6 USD cho 100 m 3 nước thải ngành dệt may để loại bỏ COD lần lượt là 71% và 43% so với chỉ riêng O3/rGAC và BAC Trong khi hiệu quả của quá trình ozon hóa xúc tác với chất xúc tác C-MgO-EMP đối với chất thải lỏng của ngành dệt may dựa trên các thông số về màu sắc và TOC lần lượt là 93% và 78% [52]
Hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu nano Fe-Lap-RD được đánh giá trong quá trình phân hủy bằng quang Fenton của 0.1 mM azo-dye acid black 1 (AB1) với sự có mặt của 6.4 mM H2O2, ánh sáng UVC 8W ở pH dung dịch ban đầu là 3.0 Nghiên cứu đã đạt được sự phân hủy 100% của chất gây ô nhiễm trong khi chỉ phát hiện thấy một lượng nhỏ ion sắt đã lọc sau 120 phút phản ứng khi 1.0 g/l Fe-Lap-RD được sử dụng làm chất xúc tác [53]
Dung dịch xanh metylen được loại bỏ do hấp phụ tới 52% lượng thuốc nhuộm đối với Fe-PILC250–450 và 63% đối với Fe-PILC UV–Fe–Ce ≥ Fe–Ce–H2O2 > Fe–Ce Trong các điều kiện 34 mg/L H2O2, 0.5 g/L Fe–
Ce, 36 W UV và pH 3.0, 100 mg/L X-3B có thể được khử với hiệu suất hơn 99% trong vòng 30 phút [55]
Brilliant Orange X-GN trong dung dịch nước bị loại bỏ quả bởi quá trình quang- Fenton không đồng nhất với Fe-VT làm chất xúc tác Trong điều kiện tối ưu: T = 30
◦C, pH 3, [H2O2]= 3.92 mM và liều lượng Fe-VT = 0.5 g/L, 98.7% độ màu và 54.4% TOC của dung dịch chứa 100 mg/L X -GN được loại bỏ sau 75 phút chiếu tia UV [56]
Các điều kiện tối ưu được tìm thấy khi sử dụng Alcian Blue-tetrakis = 0,01 mM và xúc tác Fe/AC là 3.3 g/L, H2O2= 30.0 mM, pH = 2.5 và T = 50 °C, đạt được hiệu quả xử lý độ màu là 93.2% và loại bỏ 54.1% tổng lượng carbon hữu cơ (TOC) ở trạng thái ổn định [57]
Thí nghiệm được thực hiện ở điều kiện C.I acid orange 7 = 79.5 mg/l, [FeOOH] = 0.3 g/l, [H2O2] = 7.77 mM, p = 80 W/l, pH 3 thì hiệu quả xử lý màu đạt 90% trong 10 phút và loại bỏ 54.1% TOC trong 90 phút [58]
Một nghiên cứu về quá trình khử màu của thuốc nhuộm azo, Acid Red 1 (AR1), trong dung dịch nước sử dụng chất xúc tác Fe–zeolit Y loại (Fe–ZYT) đã được thực hiện Ảnh hưởng của các thông số phản ứng khác nhau như tải lượng ion sắt ban đầu trên zeolit loại Y (ZYT), liều lượng xúc tác, pH dung dịch và nồng độ H2O2 ban đầu, dung dịch thuốc nhuộm và nhiệt độ phản ứng đến quá trình khử màu của AR1 đã được nghiên cứu Các điều kiện phản ứng tốt nhất là 0,80% khối lượng ion sắt nạp vào ZYT, liều lượng chất xúc tác = 2.50 g/L, pH ban đầu = 2.5, [H2O2] = 16 mM và [AR1] = 50 mg/L ở nhiệt độ 30 °C Trong những điều kiện này, hiệu suất khử màu 99% của AR1 đã đạt sau thời gian phản ứng 60 phút [59]
Quá trình khử màu của thuốc nhuộm antraquinone Reactive Blue 4 (RB4) trong dung dịch nước đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng đất sét Fe–ball (Fe–BC) làm chất xúc tác dị thể Các điều kiện phản ứng tốt nhất được tìm thấy là 0,80% khối lượng ion sắt tải trên đất sét bi (BC) khi liều lượng chất xúc tác là 5.0 g/L với độ pH ban đầu là 3.0, [H2O2] = 8 mM, [RB4] = 50 mg/L ở nhiệt độ 30 °C Trong những điều kiện này, hiệu suất khử màu 99% của RB4 đạt được trong thời gian phản ứng 140 phút [60]
Các điều kiện tối ưu được tìm thấy khi thử nghiệm với anionic reactive blue 19 (RB 19) = 75 mg/L và xúc tác TiO2–clay 0 mg/L, H2O2= 7.35 mM, pH = 5.51 đạt được hiệu quả xử lý độ màu là 100 % và loại bỏ 98% COD [61]
Thí nghiệm được thực hiện với thuốc nhuộm Rhodamine B = 0.001 mM, [TiO2/ZnO]= 2 g/L, UV = 8*8 W/l thì hiệu quả xử lý màu đạt 100% trong 100 phút [62]
Các thí nghiệm đã được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng của loại chất xúc tác, pH, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và tốc độ tạo ra ozon đối với quá trình ozon hóa xúc tác của thuốc nhuộm, cụ thể là Acid Red-151 (AR-151) và Remazol Brilliant Blue R (RBBR) Các chất xúc tác được sử dụng là alumina, 25% (w/w) perfluorooctyl alumina (PFOA), 50% (w/w) PFOA và 100% (w/w) PFOA Các điều kiện tối ưu được tìm thấy khi thử nghiệm với nồng độ thuốc nhuộm = 20mg/L và xúc tác = 2 g/L, T0 °C, pH = 10 trong thời gian 30 phút đạt được hiệu quả xử lý độ màu là 100 % [63]
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sơ đồ nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài được mô tả theo sơ đồ như Hình 3.1
Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu
Nghiên cứu sẽ chế tạo xúc tác FeOOH, xây dựng mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm với 5 phương pháp Ở phương pháp O3, O3 + H2O2 và O3 + xúc tác sẽ tìm ra các điều kiện vận hành tốt nhất Sau đó sẽ thử nghiệm hiệu quả xử lý bằng phương pháp H2O2 + xúc tác cùng với phương pháp O3 + H2O2 + xúc tác để tìm ra phương pháp xử lý tốt nhất trong 5 phương pháp được nghiên cứu Cuối cùng sẽ tiến hành phân tích các đặc trưng vật liệu của xúc tác FeOOH
Xây dựng mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm
Thử nghiệm xử lý ô nhiễm
H2O2 Đánh giá hiệu quả xử lý màu và COD
Hóa chất, thiết bị và mô hình thí nghiệm
Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu được thể hình qua Bảng 3.1 và Bảng 3.2
Bảng 3.1 Các hóa chất dùng trong nghiên cứu STT Tên hóa chất Đơn vị Số lượng Xuất xứ
1 Dung dịch NH3 25% L 1 Trung Quốc
Bảng 3.2 Các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu
STT Dụng cụ - Thiết bị Đơn vị Số lượng Xuất xứ
1 Máy tạo Oxy tinh khiết Cái 1 Việt Nam
2 Máy Ozone công nghiệp Cái 1 Việt Nam
3 Máy khuấy từ Cái 1 Taiwan
4 Cá từ Cái 1 Trung Quốc
5 Cốc thủy tinh 1000mL Cái 5 Trung Quốc
6 Bóp cao su Cái 1 Trung Quốc
8 Tủ sấy Cái 1 Trung Quốc
STT Dụng cụ - Thiết bị Đơn vị Số lượng Xuất xứ
9 Bộ lọc chân không Bộ 1 -
10 Máy đo hấp thu quang phổ Lovibond XD 7000 Cái 1 Đức
12 Giấy lọc Hộp 1 Trung Quốc
13 Đầu lọc 0.45um Hộp 2 Trung Quốc
Mô hình nghiên cứu kết hợp AOPs xử lý nước thải dệt nhuộm được thể hiện qua Hình 3.2
Hình 3.2 Mô hình nghiên cứu kết hợp AOPs xử lý nước thải dệt nhuộm
Oxy tinh khiết sẽ được tạo từ không khí bên ngoài thông qua máy tạo oxy tinh khiết (1) Sau đó dòng khí Oxy tinh khiết sẽ đi qua lưu lượng kế (2) và qua bộ điều chỉnh khí O3 (3) Khí O3 sau khi được tạo được sục vào trong nước thải được chứa
Máy tạo O 2 tinh khiết Không khí
H 2 O 2 trong bình phản ứng (4) Một phần khí O3 thoát ra sẽ được đưa vào dung dịch hấp thụ
KI (5) Quá trình bổ sung H2O2 và xúc tác được thực hiện ở bình phản ứng (4) Quá trình thử nghiệm xử lý ô nhiễm (Màu và COD) bằng H2O2 + xúc tác được thực hiện ở bình phản ứng có khuấy từ Hóa chất H2O2 và xúc tác được bổ sung ở bình phản ứng như Hình 3.3
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập, tổng hợp các tài liệu, số liệu đã có trong nước về tình hình sản xuất, đặc tính nước thải dệt nhuộm Đồng thời tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu
Xây dựng mô hình nghiên cứu kết hợp các quá trình oxy hóa bậc cao xử lý nước thải dệt nhuộm
3.3.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
Phương pháp lấy mẫu và phân tích được thể hiện ở Bảng 3.3 và Phụ lục đính kèm
Bảng 3.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu STT Thông số Phương pháp phân tích
3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu
Hiệu quả của quá trình xử lý được tính dựa vào nồng độ chất ô nhiễm trước và sau xử lý thể hiện theo công thức 3.1 như sau:
Cvào (mg/L): là nồng độ màu và COD trước khi xử lý
Cra (mg/L): là nồng độ màu và COD sau khi xử lý
Nội dung nghiên cứu
3.4.1 Nội dung 1: Chế tạo xúc tác FeOOH
Quy trình chế tạo xúc tác FeOOH [65] được thể hiện theo Hình 3.4 Đầu tiên cho 10 mL dung dịch NH3 25% vào 10 g FeCl3.6H2O trong 100mL nước cất Sau đó cho hỗn hợp khuấy từ ở nhiệt độ phòng khoảng 1 giờ cho đến khi thấy có kết tủa màu nâu Tiếp theo sẽ lọc kết tủa, rửa một vài lần với nước cất Cuối cùng lượng kết tủa sẽ được sấy và thu được xúc tác FeOOH.`
Hình 3.4 Quy trình điều chế xúc tác FeOOH 3.4.2 Nội dung 2: Thử nghiệm xử lý ô nhiễm (Màu và COD) bằng O 3
Thử nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý Độ màu và COD với nước thải dệt nhuộm được thực hiện bằng phương pháp Ozon hóa Nồng độ ô nhiễm màu và COD của nước thải dệt nhuộm trước khi thực hiện trong thí nghiệm là Độ màu 966 Pt-Co và COD 271 mg/L Thí nghiệm sẽ nghiên cứu ở các mức lưu lượng O2 và thực hiện ở các khoảng thời gian khác nhau Nghiên cứu được thực ở các mức lưu lượng O2 là 0.5 L/phút, 0.75 Lít/phút, 1 Lít/phút, 1.25 Lít/phút và 1.5 Lít/phút Đồng thời khảo sát hiệu quả xử lý ở khoảng thời gian 180 phút Sau các thí nghiệm sẽ lấy mẫu, phân tích độ màu và COD sau xử lý Từ đó sẽ tính ra hiệu suất của quá trình xử lý Qua kết quả thí nghiệm sẽ đánh giá được lưu lượng và thời gian phản ứng tốt nhất trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Ozon hóa
10 g FeCl3.6H2O trong 100mL nước cất
Khuấy từ ở nhiệt độ phòng khoảng 1 giờ đến khi thấy kết tủa màu nâu
Lọc kết tủa, rửa một vài lần với nước cất Sấy lượng kết tủa thu được
3.4.3 Nội dung 3: Thử nghiệm xử lý ô nhiễm bằng O 3 kết hợp H 2 O 2 (Peroxone) Ở nội dung này, thí nghiệm được thực hiện với lưu lượng O2 và thời gian phản ứng tốt nhất ở nội dung 2, đồng thời sẽ thay đổi nồng độ H2O2 ở các mức liều lượng ở các tỉ lệ mol O3/H2O2 là [1:3], [1:2], [1:1], [2:1], [3:1], [4:1] và [5:1] Sau các thí nghiệm sẽ lấy mẫu, phân tích độ màu và COD sau xử lý Từ đó sẽ tính ra hiệu suất của quá trình xử lý và đánh giá được liều lượng H2O2 tốt nhất cho quá trình O3 + H2O2 xử lý nước thải dệt nhuộm
3.4.4 Nội dung 4: Thử nghiệm xử lý ô nhiễm bằng O 3 kết hợp FeOOH
Thử nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý được thực hiện với O3 + FeOOH Thí nghiệm được thực hiện ở với lưu lượng và thời gian phản ứng tối ưu ở nội dung 2, đồng thời sẽ bổ sung FeOOH ở các mức liều lượng 10 mg/L, 30mg/L, 50 mg/L, 70 mg/L và 90 mg/L Nồng độ ô nhiễm màu và COD của nước thải dệt nhuộm trước khi thực hiện trong thí nghiệm là Độ màu 271 Pt-Co và COD 295 mg/L Sau các thí nghiệm sẽ lấy mẫu, phân tích độ màu và COD sau xử lý Qua kết quả thí nghiệm sẽ đánh giá liều lượng xúc tác FeOOH tốt nhất cho quá trình O3 + FeOOH xử lý nước thải dệt nhuộm
3.4.5 Nội dung 5: Thử nghiệm xử lý ô nhiễm bằng H 2 O 2 kết hợp FeOOH Ở nội dung này, thí nghiệm thực hiện với liều lượng H2O2 tối ưu ở nội dung
3, đồng thời sẽ bổ sung liều lượng xúc tác tối ưu ở nội dung 4 Nghiên cứu được thực hiện ở các mức pH 2, 3, 4, 5, 6 ,7 với nồng độ ô nhiễm màu và COD của nước thải dệt nhuộm trước khi thực hiện trong thí nghiệm là Độ màu 271 Pt-Co và COD 295 mg/L Sau các thí nghiệm sẽ lấy mẫu, phân tích độ màu và COD sau xử lý Từ đó sẽ tính ra hiệu suất của quá trình xử lý và đánh giá liều lượng xúc tác tốt nhất cho quá trình H2O2+ xúc tác xử lý nước thải dệt nhuộm
3.4.6 Nội dung 6: Thử nghiệm xử lý ô nhiễm bằng O 3 kết hợp với H 2 O 2 và FeOOH
Thử nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý được thực hiện với O3 + H2O2 +FeOOH Thí nghiệm được thực hiện ở với lưu lượng và thời gian phản ứng tối ưu ở nội dung
2, đồng thời sẽ bổ sung liều lượng H2O2 và FeOOH tối ưu ở nội dung 5 Nồng độ ô nhiễm màu và COD của nước thải dệt nhuộm trước khi thực hiện trong thí nghiệm là Độ màu 271 Pt-Co và COD 295 mg/L Sau các thí nghiệm sẽ lấy mẫu, phân tích độ màu và COD sau xử lý Từ đó sẽ đánh giá liều lượng xúc tác FeOOH tốt nhất cho quá trình O3 + H2O2 + FeOOH xử lý nước thải dệt nhuộm.