nghiên cứu khả năng xử lý sinh học của chất màu sau oxi hóa xúc tác

Đại học quốc gia hà nội tr-ờng Đại học khoa học tự nhiên ĐồNG THị MAI ANH NGHIÊN CứU KHả NĂNG Xử Lý SINH HọC CủA CHấT MàU SAU OXI HóA XúC TáC Luận văn thạc sĩ khoa học Hà Nội - 2011 §¹i häc quèc gia hµ néi tr-êng §¹i häc khoa häc tù nhiªn  Đồng Thị Mai Anh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ SINH HỌC CỦA CHẤT MÀU SAU OXI HÓA XÚC TÁC Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý Mã số: 604431 LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Cao Thế Hà Hà Nội - 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Qui trình công nghệ ngành dệt nhuộm …………………………………………3 1.2. Ô nhiễm môi trường của nước thải ngành dệt nhuộm ở Việt Nam ……………5 1.2.1. Thực trạng sử dụng hóa chất trong ngành dệt nhuộm …………………….5 1.2.2. Nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính ………………………………….… 8 1.2.3. Ô nhiễm môi trường do nước thải ngành dệt nhuộm ở Việt Nam và tác hại của nó… ……………………………………………………………… …10 1.3. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm ….13 1.3.1. Phương pháp hóa lý…………………………………………………………….13 1.3.2. Phương pháp điện hóa ……………………………………………………… 19 1.3.3. Phương pháp hóa học …………………………………………………………20 1.3.4. Phương pháp oxi hóa pha lỏng (WAO - wet air oxidation) …………… 23 1.3.5. Phương pháp sinh học …………………………………………………………28 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Mục đích nghiên cứu ………………………………………………………….34 2.2. Nội dung nghiên cứu ………………………………………………………….33 2.3. Nguyên vật liệu, thiết bị và dụng cụ ………………………………………….35 2.3.1. Nguyên vật liệu ……………………………………………………… 35 2.3.2. Thiết bị ……………………………………………………………… 35 2.3.3. Dụng cụ …………………………………………………………… …. 37 2.4. Quy trình thực nghiệm ………………………………………………………. 37 2.4.1. Khảo sát các thông só của nước thải trước và sau oxi hóa xúc tác pha lỏng …………………………………………………………………………… …37 2.4.2. Thí nghiệm với hệ BHT …………………………………………………….….37 2.4.3. Khả năng xử lý vi sinh nước thải sau oxi hóa pha lỏng …………… … 39 2.4.4. Khảo sát việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ 70 – 80 o C (gần nhiệt độ nước thải thực), áp suất khí quyển ……… 40 2.5. Phương pháp phân tích …………………………………………………… 41 2.5.1. Phương pháp phân tích COD ………………………………………… …. 41 2.5.2. Phương pháp Pt – Co ……………………………………………….……… 42 CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát các thông số của nước thải trước và sau oxi hóa xúc tác … .44 3.2. Kết quả của quá trình nuôi vi sinh ………………………………………… 46 3.2.1. Nuôi theo chế độ lượng thức ăn cung cấp ban đầu là không đổi ………. 46 3.2.2. Nuôi theo chế độ lượng thức ăn cung cấp ban đầu tăng dần ……… … 47 3.2.3. Nuôi theo chế độ thích nghi với nước thải ………………………….….…. 49 3.3. Khả năng xử lý vi sinh nước thải sau oxi hóa pha lỏng ……….………….…. 51 3.4. Đánh giá khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ gần nhiệt độ nước thải thực, áp suất khí quyển…………… … 64 3.5. So sánh kết quả các phương pháp tiền xử lý nước thải dệt nhuộm ………… 70 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Nghĩa của từ BOD Nhu cầu oxi sinh học BHT Bùn hoạt tính COD Nhu cầu oxi hóa học CWAO Oxi hóa xúc tác pha lỏng Mn – CB Mangan Cao Bằng PE Polietilen WAO Oxi hóa pha lỏng TNHH Trách nhiệm hữu hạn g/L Gam/lít g/L/h Gam/lít/giờ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 - Thực trạng xử dụng thuốc nhuộm toàn ngành Dệt may Việt Nam … …5 Bảng 1.2 - Nguồn gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm …… 7 Bảng 1.3 - Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi …………… …….11 Bảng 1.4 - Nồng độ thuốc nhuộm trong nước sông là kết quả của thuốc nhuộm thải loại bởi công nghiệp dệt nhuộm ………………………………………………22 Bảng 1.5 - So sánh chi phí các phương án oxi hoá nhiệt độ thường…………… 22 Bảng 3.1 - Các thông số các mẫu nước thải trước và sau oxi hóa xúc tác ……… 44 Bảng 3.2 - Nồng độ vi sinh xác định theo thời gian nuôi khi lượng thức ăn ban đầu không đổi………………………………………………………….… … 46 Bảng 3.3 - Nồng độ vi sinh xác định theo thời gian nuôi khi lượng thức ăn ban đầu tăng dần …………………………………………… ……………… … 48 Bảng 3.4 - Nồng độ vi sinh xác định theo thời gian nuôi theo thời gian của các hệ phản ứng khi lượng nước thải tăng dần ……………………………… … 49 Bảng 3.5 - Kết quả theo dõi sự biến thiên COD khi lượng nước thải tăng dần ……………………………………………………… ………………… 49 Bảng 3.6 - Kết quả theo dõi độ màu C (Pt – Co) của các phản ứng khi lượng nước thải tăng dần ……………………………………………………………… 50 Bảng 3.7 - Kết quả theo dõi COD (mg/L) của các hệ theo thời gian 51 Bảng 3.8 - Tốc độ xử lý COD, r SU (mg/L/h) của các hệ………………………… 52 Bảng 3.9 - Nồng độ và tốc độ tăng trưởng vi sinh sau 8 (h) phản ứng ……… 52 Bảng 3.10 - Kết quả theo dõi độ màu C (Pt – Co) theo thời gian …………… 54 Bảng 3.11 - Hiệu suất xử lý COD và độ màu (Pt-Co) khi t = 4(h) …………….… 56 Bảng 3.12 - Tỉ lệ BOD/COD và hiệu suất xử lý COD của hệ vi sinh ……… 63 Bảng 3.13 - Sự giảm độ màu (Pt-Co) theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 o C ± 0,5 o C ……………………………………………….65 Bảng 3.14 - Sự giảm COD theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 o C ± 0,5 o C ……………………………………………….66 Bảng 3.15 - Hiệu suất xử lý COD, độ màu (Pt-Co) khi hệ đạt cân bằng ………….67 Bảng 3.16 - Kết quả theo dõi pH và độ dẫn (ĐD(mS)) nước ra theo thời gian … 68 Bảng 3.17 - Kết quả theo dõi COD (mg/L), độ màu (Pt-Co), pH, độ dẫn của nước thải ra theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác 17(g/L) ở 80 o C ± 0,5 o C ……. 69 Bảng 3.18 - Kết quả theo dõi COD (mg/L), độ màu (Pt-Co), pH, độ dẫn của nước thải ra theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác 22(g/L) ……………………… 70 Bảng 3.19 - Kết quả theo dõi COD (mg/L), độ màu (Pt-Co), pH, độ dẫn của nước thải ra theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác 22(g/L) chia hai lần phản ứng (mỗi lần nồng độ 11(g/L) ………………………………………………………… 70 Bảng 3.20 - So sánh kết quả các phương pháp tiền xử lý nước thải dệt nhuộm …. 71 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 - Cấu tạo hạt keo ………………………………………………….…… 14 Hình 1.2 - Sự thay đổi thế ξ theo khoảng cách từ bề mặt hạt keo………… …….14 Hình 1.3 - Sơ đồ hoạt động hệ CWAO …………………………………….…… 26 Hình 1.4 - Cân bằng vật chất đối với cacbon (BOD 5 ) trong hệ xử lí sinh học hiếu khí …………………………………………………………………………. 29 Hình 1.5 - Sự phát triển lượng vi khuẩn trong điều kiện cơ chất S = constant 30 Hình1.6 - Mối quan hệ hệ số tốc độ phát triển vi sinh đặc trưng μ A và nồng độ cơ chất theo phương trình Monod .…………………….………………… …. 31 Hình 2.1 - Thiết bị phản ứng cao áp Parr Instrument ……………………………. 36 Hình 3.1 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải được xử lý bằng vi sinh theo thời gian của mẫu nước thải chưa được tiền xử lý bằng CWAO ……….… 45 Hình 3.2 - Sự biến thiên nồng đồ vi sinh theo thời gian khi nuôi theo mẻ khi lượng thức ăn ban đầu không đổi ……… ……………………… ….……….… 47 Hình 3.3 - Sự biến thiên nồng đồ vi sinh theo thời gian khi lượng thức ăn ban đầu tăng dần …………………………………………….…… …………… 48 Hình 3.4 - Sự giảm COD của các phản ứng khi lượng nước thải tăng dần….… 50 Hình 3.5 - Sự giảm độ màu theo thời gian của các phản ứng khi lượng nước thải tăng dần………………………………………………….…………… 50 Hình 3.6 - Biểu đồ COD của các mẫu nước thải theo thời gian ….………….…. 52 Hình 3.7 - Biểu đồ sự giảm độ màu (Pt – Co) của các mẫu nước thải theo thời gian ……………………………………………………….…… … 55 Hình 3.8 - Hiệu suất xử lý COD và độ màu (Pt-Co) khi t = 4(h) … …… … 56 Hình 3.9 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải được xử lý bằng vi sinh theo thời gian của mẫu nước thải chưa được tiền xử lý bằng CWAO …….….… 57 Hình 3.10 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải loại 1 được xử lý bằng vi sinh theo thời gian ….………………………………………………… …… 58 Hình 3.11 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải loại 2 được xử lý bằng vi sinh theo thời gian ……………………………………………….…………… 59 Hình 3.12 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải loại 3 được xử lý bằng vi sinh theo thời gian ……………………………………………………….…… 60 Hình 3.13 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải loại 4 được xử lý bằng vi sinh theo thời gian ……………………………………………….…………… 61 Hình 3.14 - Sự thay đổi phổ UV – VIS của nước thải loại 5 được xử lý bằng vi sinh theo thời gian ………………………………………………….………… 62 Hình 3.15 - Tỉ lệ BOD/COD đầu vào hệ vi sinh và hiệu suất xử lý COD của hệ vi sinh ……………………………………………………………………. 63 Hình 3.16 - Sự giảm độ màu (Pt – Co) của nước thải dệt nhuộm khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 o C ± 0,5 o C ……………………………………. 65 Hình 3.17 - Sự giảm COD của nước thải dệt nhuộm theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 o C ± 0,5 o C ……………………………………. 67 Hình 3.18 - Đồ thị hiệu suất xử lý độ màu và COD theo nồng độ xúc tác …… 68 [...]... độc tính cho hệ vi sinh Đề tài Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học của chất màu sau oxi hóa xúc tác nhằm góp phần xử lý màu, xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học với đối tượng là thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm bằng cách sử dụng các loại quặng chứa các oxit kim loại chuyển tiếp có sẵn ở Việt Nam làm xúc tác và bùn hoạt tính là công nghệ vi sinh tiêu chuẩn để xử lý phần lớn các loại... thuật vi sinh, trong đó vi sinh đóng vai trò xúc tác, hai là trường hợp xúc tác quang hoá Những nghiên cứu khả năng sử dụng oxi ở nhiệt độ thấp khác (dùng xúc tác phức) chưa mang lại kết quả thực tế Cách thứ hai để sử dụng oxi là áp dụng ở nhiệt độ cao có hoặc không có xúc tác Các tác nhân oxi hoá có khả năng áp dụng ở nhiệt độ thường là: oxi (nếu áp dụng các kỹ thuật vi sinh) , clo và các hợp chất clo,... dung dịch Quá trình khử điện hóa các hợp chất hữu cơ như thuốc nhuộm xảy ra ở catot, kết hợp với phản ứng oxy hóa điện hóa và quá trình tuyển nổi, keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất xử lý màu và khoáng hóa cao Phương pháp điện hóa với điện cực nhôm hoặc sắt là công nghệ xử lý hiệu quả độ màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý các loại nước thải từ xưởng... có khả năng đạt tới 90 % Đây là phương pháp được chứng minh hiệu quả đối với việc xử lý độ màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ 19 lửng của nước thải dệt nhuộm Tuy nhiên phương pháp điện hóa có giá thành cao do tiêu tốn năng lượng và kim loại làm điện cực 1.3.3 Phương pháp hóa học Ưu điểm nổi bật của các phương pháp hóa học so với các phương pháp hóa lý là biến đổi, phân hủy chất ô nhiễm (chất. .. không màu có khản năng phân giải vi sinh hiếu khí tốt hơn thuốc nhuộm gốc Khử hóa học trên cơ sở natri bohidrid, xúc tác bisunfit áp dụng với thuốc nhuộm tan trong nước như thuốc nhuộm trực tiếp, axit, hoạt tính chứa các nhóm azo hoặc các nhóm khử được và thuốc nhuộm phức đồng Quy trình này có thể khử màu trên 90 % [16] 1.3.3.2 Oxi hóa hóa học Các phương pháp xử lí hoá học được dùng khi xử lí sinh học. .. loại chất độc gây ung thư và biến dị cho người và động vật Nhiều phương pháp xử lý đã được nghiên cứu trên thế giới như hấp phụ, keo tụ - tạo bông kết hợp lọc, oxi hóa hóa học, phương pháp điện hóa, phương pháp vi sinh, các phương pháp oxi hóa tiên tiến … Các phương pháp trên phương pháp keo tụ - lắng – lọc đòi hỏi phí hóa chất cao, phương pháp điện hóa gặp thách thức về qui mô, phương pháp oxi hóa. .. áp dụng kĩ thuật keo tụ - xử lí bằng kĩ thuật vi sinh – hấp phụ bằng than hoạt Nhìn chung kĩ thuật keo tụ hiệu quả đối với một số loại phẩm màu, nhất là màu phân tán nhưng rất kém hiệu quả đối với màu 1 hoạt tính, màu cation Về nguyên tắc oxi hóa xúc tác pha lỏng là công cụ oxi hóa phân hủy mạnh, đa năng sẽ xử lí màu tốt, phần hữu cơ còn lại có thể xử lí nốt bằng kĩ thuật vi sinh chi phí thấp, khi đó... bằng phương pháp hóa lý, hóa học rồi mới xử lý hoàn tất bằng phương pháp vi sinh Đối với thuốc nhuộm hoạt tính, hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam vẫn chưa có một phương pháp tiền xử lý thật sự hiệu quả và kinh tế vì đặc tính tan, bền và đa dạng về chủng loại của nó Phương pháp oxi hóa, đặc biệt là oxi hóa pha lỏng, tỏ ra có tiềm năng trong giải quyết vấn đề này 1.3.1 Phương pháp hóa lý 1.3.1.1 Phương... loại trừ chi phí hóa chất keo tụ và than hoạt Với những lý do trên chúng tôi chọn phương pháp oxi hóa pha lỏng kết hợp với phương pháp sinh học Các chất khó phân hủy (chứa các liên kết đôi, ba, liên kết vòng và phân tử lượng lớn …) được oxi hóa một phần trước khi tiến hành cho phân hủy vi sinh nhằm mục phá vỡ phân tử chất khó phân hủy sinh học thành những dễ phân hủy sinh học, làm giảm màu nước thải,... phương pháp oxi hoá truyền thống Là các phương pháp sử dụng hóa chất có tính oxi hoá Khi đó sẽ xảy ra các phản ứng oxi hóa để lại bỏ các chất ô nhiễm Các tác nhân oxi hoá thường được sử dụng phổ biến là: - Clo (Cl2): Đây là tác nhân oxi hoá mạnh, rẻ tiền, dễ sử dụng, có thể được sử dụng hiệu quả trong xử lí nước thải cũng như để tiệt trùng Tuy nhiên, nhược điểm chính của Clo là khả năng oxi hóa thấp Do . giảm độc tính cho hệ vi sinh. Đề tài Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học của chất màu sau oxi hóa xúc tác nhằm góp phần xử lý màu, xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học với đối tượng là thuốc. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ SINH HỌC CỦA CHẤT MÀU SAU OXI HÓA XÚC TÁC Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý Mã số: 604431 LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Người hướng dẫn khoa học: . Đại học quốc gia hà nội tr-ờng Đại học khoa học tự nhiên ĐồNG THị MAI ANH NGHIÊN CứU KHả NĂNG Xử Lý SINH HọC CủA CHấT MàU SAU OXI HóA XúC TáC Luận văn thạc sĩ khoa học