ID92-LÊ ĐỨC TRUNG

XỬ LÝ THÀNH PHẦN Ơ NHIỄM HỮU CƠ KHĨ PHÂN HỦY SINH HỌC TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON DỊ THỂ VỚI TÁC NHÂN Fe TRÊN CHẤT MANG THAN HOẠT TÍNH (Fe/AC) Lê Đức Trung Viện Mơi Trường Tài Ngun, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh TĨM TẮT Vật liệu xúc tác với tác nhân Fe chất mang than hoạt tính (Fe/AC) chế tạo thử nghiệm kiểm tra hoạt tính q trình oxy hóa Fenton dị thể Nghiên cứu thực nhằm đánh giá hiệu xử lý, tính ổn định khả tái sử dụng vật liệu xúc tác (Fe/AC) thành phần hữu (COD) khó phân hủy sinh học nước rỉ rác Các phương pháp như: nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM) hấp phụ đa phân tử BET sử dụng để nghiên cứu cấu trúc hình thái đặc trưng vật liệu xúc tác Quá trình oxy hóa Fenton với xúc tác Fe/AC đánh giá thông qua hiệu suất loại bỏ COD nước rỉ rác sau trình xử lý sinh học (BOD ~ mg/l) Kết hiệu suất xử lý COD đạt 59 % sau 1,5 phản ứng với lượng chất xúc tác g/l, nồng độ H2O2 1,2 g/l, pH = – Vật liệu xúc tác tái sử dụng đến lần thứ ba, hiệu suất xử lý đạt 40,53 % Tiếp tục mở rộng nghiên cứu cần thiết để nâng cao hiệu xử lý Từ khóa: Fenton, dị thể, than hoạt tính, Fe, COD khó phân hủy sinh học ĐẶT VẤN ĐỀ Nước rỉ từ bãi chôn lấp chất thải rắn thị thường có chứa thành phần hữu (COD) khó phân hủy sinh học Do sau qua bước xử lý sinh học bao gồm hiếu khí kỵ khí nồng độ COD nước rỉ rác thường cao Thực tế xử lý hệ thống cơng nghệ hữu cho thấy, thành phần COD khó phân hủy sinh học dao động từ 250 mg/l tới 400 mg/l [1] [2] Phương pháp oxy hóa thường áp dụng bậc xử lý nâng cao để khử thành phần COD khó phân hủy sinh học nước rỉ rác với tác nhân oxy hóa khác mà hiệu trình oxy hóa Fenton Phản ứng tạo gốc hydroxyl OH* H2O2 xúc tác tác nhân Fe Trong q trình xử lý, xúc tác Fenton đồng thể hay dị thể Thực tế vận hành xử lí nước thải cho thấy, chi phí cho q trình Fenton đồng thể cao tiêu thụ nhiều H2O2, khó khăn việc tách xúc tác khỏi sản phẩm, tạo lượng bùn lớn Ngồi ra, cịn có hạn chế giới hạn pH cho phản ứng hiệu thấp, từ 2.5-3.5, lượng lớn xúc tác sắt Do nên việc áp dụng trình Fenton với chất xúc tác dị thể xử lí nước thải quan tâm Trong hệ phản ứng dị thể, ngồi q trình xúc tác tương tác tâm hoạt tính với thành phần hữu phải kể đến trình quan trọng hấp phụ thành phần lên bề mặt chất mang xúc tác (rắn) đồng thời với trình giải hấp sản phẩm khỏi bề mặt xúc tác Đó ưu vượt trội phương pháp dễ dàng tách xúc tác khỏi sản phẩm đặc biệt thực q trình oxy hóa mơi trường pH trung tính [2] [3] Để nâng cao hiệu trình Fenton dị thể người ta thường dùng xúc tác sắt chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính Fe/Zeolit Do chi phí sản xuất thấp, phổ biến, diện tích bề mặt riêng lớn với độ xốp cao, chất trơ ổn định nhiệt nên than hoạt tính (AC) chất mang xúc tác sắt tốt với chi phí chế tạo phù hợp thu hiệu xử lý [4] [5] [6] Để nâng cao tính khả thi phương pháp áp dụng thực tế xử lý, nghiên cứu tập trung đánh giá cụ thể khả hiệu xử lý thành phần nhiễm hữu (COD) khó phân hủy sinh học nước rỉ rác trình Fenton dị thể với xúc tác Fe chất mang than hoạt tính (Fe/AC) sở so sánh với trình Fenton đồng thể VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Mẫu nước lấy sau cơng trình xử lý sinh học hệ thống công nghệ xử lý nước rỉ rác Khu liên hiệp xử lý chất thải Nam Bình Dương Mẫu nước sau chuyển phịng thí nghiệm xử lý tiếp bể bùn hoạt tính có sục khí lọc sơ để loại bỏ thành phần BOD cặn lơ lửng Thành phần nước rí rác sau xử lý sơ trình bày Bảng Mẫu nước sau lưu giữ nhiệt độ 40C để sử dụng toàn nghiên cứu Stt Thông số pH COD BOD SS Bảng - Thông số ô nhiễm đối tượng thực nghiệm Đơn vị Nước thải từ nhà máy Nước thải sau khử BOD 7.5 7.62 mg/l 430 375 mg/l 45 ~8 mg/l 35 - Vật liệu sử dụng làm chất mang xúc tác Fe: Than hoạt tính (AC) thương mại sản xuất nước có diện tích bề mặt 969 m2/g kích thước lỗ xốp trung bình 32 nm 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Chế tạo vật liệu xúc tác Than hoạt tính ngâm (tẩm) dung dịch chứa hỗn hợp FeNO3.9H2O (mFe/mTHT = 70%) HNO3 (20%) với tỉ lệ 1g/2ml nhiệt độ phịng 24 Sau đó, tách than màng lọc làm khơ tự nhiên Than hoạt tính khô nung nhiệt độ 6000C làm nguội tự nhiên Lượng Fe gắn chất mang xác định sau thí nghiệm Nếu hàm lượng Fe chất mang không nằm giới hạn 3-10%, tiến hành chế tạo lại vật liệu với lượng FeNO3.9H2O thay đổi đạt giá trị mong muốn [5] [6] 2.2.2 Khảo sát trình xúc tác dị thể Trong hệ phản ứng dị thể, hiệu xử lý thành phần COD kết trình: Quá trình xúc tác tương tác thành phần với tâm hoạt tính Fe2O3 trình hấp phụ chúng lên bề mặt chất mang xúc tác (than hoạt tính) Hơn q trình cịn có ảnh hưởng tương hỗ lẫn chịu ảnh hưởng yếu tố pH, thời gian, lượng chất xúc tác lượng H2O2 sử dụng Quá trình khảo sát hiệu xử lý COD hệ xúc tác thực mơ hình Jartest với nội dung: Ảnh hưởng pH môi trường Khả hấp phụ hệ xúc tác (QT Hấp phụ): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị 7; 7,5 ; 8; 8,5 [2] [6] Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC tương ứng với hàm lượng Fe g/l khuấy với tốc độ 150 vòng/phút [6] Sau 120 phút lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD tứng cốc Hoạt tính xúc tác (QT Fenton): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị 7; 7,5 ; 8; 8,5 Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC tương ứng với hàm lượng Fe g/l khuấy với tốc độ 150 vòng/phút [5] [6] Sau 15 phút (đạt cân hấp phụ) cho thêm H2O2 vào cốc tương ứng với nồng độ 1,2 g/l tiếp tục khuấy [6] Sau 120 phút lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD tứng cốc Ảnh hưởng thời gian phản ứng Khả hấp phụ hệ xúc tác (QT Hấp phụ): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị phù hợp (được xác định thí nghiệm trên) Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC tương ứng với hàm lượng Fe g/l khuấy với tốc độ 150 vòng/phút Sau khoảng thời gian 15; 30; 60; 90; 120; 150 phút lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD cốc [5] [6] Hoạt tính xúc tác (QT Fenton): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị phù hợp Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC tương ứng với hàm lượng Fe g/l khuấy với tốc độ 150 vòng/phút Sau 15 phút cho thêm H2O2 vào cốc tương ứng với nồng độ 1,2 g/l tiếp tục khuấy Sau khoảng thời gian 15; 30; 60; 90; 120; 150 phút lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD cốc Ảnh hưởng lượng vật liệu xúc tác Khả hấp phụ hệ xúc tác (QT Hấp phụ): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị phù hợp Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC tương ứng với hàm lượng Fe 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,2 g/l khuấy với tốc độ 150 vòng/phút [5] [6] Sau khoảng thời gian phù hợp (được xác định thí nghiệm trên) lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD cốc Hoạt tính xúc tác (QT Fenton): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị phù hợp Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC tương ứng với hàm lượng Fe 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,2 g/l khuấy với tốc độ 150 vòng/phút Sau 15 phút cho thêm H2O2 vào cốc tương ứng với nồng độ 1,2 g/l tiếp tục khuấy Sau khoảng thời gian phù hợp lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD cốc Ảnh hưởng lượng H2O2 sử dụng Hiệu quảxử lý hệ xúc tác (QT Fenton): Chuẩn bị cốc thủy tinh 1000 ml, cho vào cốc 500 ml nước rỉ rác, điều chỉnh pH đến giá trị phù hợp Thêm vào cốc lượng vật liệu xúc tác Fe/AC có hàm lượng Fe phù hợp (được xác định thí nghiệm trên) khuấy với tốc độ 150 vòng/phút Sau 15 phút cho thêm H2O2 vào cốc tương ứng với nồng độ 0,9; 1; 1,1; 1,2; 1,3 g/l tiếp tục khuấy [2][6] Sau khoảng thời gian phù hợp lọc lấy dung dịch để xác định nồng độ COD cốc Khả tái sử dụng vật liệu xúc tác Q trình xử lý COD khó phân hủy sinh học có nước rỉ rác hệ Fenton dị thể lặp lặp lại nhiều lần với điều kiện phản ứng xác định Vật liệu xúc tác (Fe/AC có hàm lượng Fe phù hợp) lọc rửa sạch, sấy khô 1050C 10h nước cất sau lần thí nghiệm Nồng độ COD trước sau lần phản ứng xác định để đánh giá ổn định hiệu vật liệu xúc tác 2.3 Phương pháp phân tích Các thơng số: pH, SS, COD, BOD phân tích phịng thí nghiệm Viện Mơi trường Tài Ngun, ĐHQG Tp HCM, theo Standard Methods for the Exammination of Water and Wastewater, 2005 (Mẫu sau trình xử lý đun nóng nhiệt độ 700C 10 phút để đuổi hết H2O2 dư, tiến hành phân tích COD); Hàm lượng Fe có chất mang xác định phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES), phịng thí nghiệm Viện Mơi trường Tài Nguyên, ĐHQG Tp HCM Nghiên cứu cấu trúc hình thái đặc trưng vật liệu xúc tác phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Mẫu đo thiết bị Bruker AXS D8, dùng điện cực Cu (40kV, 40 mA), góc quét từ 15° đến 65°, bước quét 0,03°, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, Mạc Đĩnh Chi, Tp Hồ Chí Minh; Xác định diện tích bề mặt riêng: Phương pháp hấp phụ đa phân tử BET thực máy ASAP 2010, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, Mạc Đĩnh Chi, Tp Hồ Chí Minh; Nghiên cứu bề mặt, hình dạng kích thước SEM: Phương pháp quét kính hiển vi điện tử JSM-6490 LV JEOL, Japan, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, Mạc Đĩnh Chi, Tp Hồ Chí Minh KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hình thái, cấu trúc đặc tính hóa lý vật liệu xúc tác Vật liệu xúc tác Fe/AC thu có kích thước hình thái bên ngồi tương tự vật liệu than hoạt tính ban đầu (Hình 1) Có điểm khác biệt vật liệu xúc tác có màu nâu đỏ nhạt Điều chứng tỏ bề mặt chất mang mang tác nhân Fe Kết phân tích phổ XRD thành phần pha tinh thể vật liệu xúc tác cho thấy pic 311 đặc trưng α-Fe2O3, pha hoạt tính cho phản ứng Fenton (Hình 2) Hình - Than hoạt tính trước sau chế tạo thành vật liệu xúc tác Fe/AC Mặc dù kết phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy diện sắt oxit tinh thể cấu trúc vật liệu xúc tác, không xác định rõ ràng, Do việc so sánh, phân tích ảnh SEM than hoạt tính vật liệu xúc tác cần thiết Ảnh SEM Hình cho thấy kích thước lỗ xốp vật liệu xúc tác giảm đáng kể so với than hoạt tính ban đầu nguyên nhân nhiều hạt nano oxit sắt tích hợp bên mao quản than hoạt tính Kết khảo sát hấp phụ đa phân tử (BET) trình bày Bảng cho thấy rằng, trình tẩm Fe lên chất mang than hoạt tính có làm giảm phần diện tích bề mặt riêng kích thước lỗ xốp vật liệu xúc tác, phù hợp với kết phân tích XRD ảnh SEM Hình - Phổ nhiễu xạ tia X mẫu vật liệu xúc tác Hình - Ảnh SEM: AC (a) (b) ; Fe/AC (c) (d) Các hạt sắt điền đầy phần không gian mao quản vật liệu Kết vật liệu xúc tác có khơng gian mao quản nhỏ vật liệu than hoạt tính ban đầu Mẫu AC Fe/AC Bảng2 - Diện tích bề mặt, kích thước lỗ xốp hàm lượng Fe có xúc tác Diện tích bề mặt (m2/g) Kích thước lỗ xốp (nm) Hàm lượng Fe (% khối lượng) 969 32,64 710 15,31 9,8 Tuy nhiên lượng Fe chiếm gần 10 % (lượng vật liệu khô), diện tích bề mặt riêng kích thước lỗ xốp vật liệu xúc tác tương đối cao so sánh với loại vật liệu hấp phụ khác Điều ảnh hưởng quan trọng đến hiệu hấp phụ COD, đặc biệt trình phản ứng Fenton chất xúc tác cấu trúc lỗ xốp tiếp xúc với H2O2 hiệu dẫn tới việc hình thành gốc hydroxyl thuận lợi 3.2 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể 3.2.1 Ảnh hưởng pH môi trường Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý COD trình fenton di thể trình bày Bảng Hình Nhìn chung, hiệu suất xử lý có xu hướng tăng tăng pH môi trường từ tới 9, nhiên mức độ tăng không nhiều Cụ thể hiệu suất xử lý tăng từ 47,47 % lên 59,47 % tương ứng pH tăng từ tới 8,5 Tuy nhiên pH tiếp tục tăng từ lên hiệu suất xử lý lại không thay đổi chí giảm cịn 58,93 % Bảng - Ảnh hưởng pH đến trình Fenton dị thể Stt pH 7.5 8.5 (COD đầu vào = 375 mg/l; Fe/AC 10 g/l; H2O2 1,2 g/l) COD đầu COD đầu Hiệu suất xử lý Hiệu suất xử lý Hấp phụ (mg/l) Fenton (mg/l) Hấp phụ Fenton 316 197 15.73% 47.47% 321 178 14.40% 52.53% 311 164 17.07% 56.27% 315 152 16.00% 59.47% 311 154 17.07% 58.93% Khi sử dụng vật liệu xúc tác Fe/AC khơng có tham gia H2O2 hiệu suất xử lý đạt không thay đổi, dao động từ 16 % tới 17 % pH môi trường tăng từ tới Từ kết thấy dung lượng hấp phụ COD vật liệu Fe/AC không bị ảnh hưởng thay đổi pH môi trường khoảng đến Hiệu suất hấp phụ vật liệu góp phần khơng nhỏ vào hiệu xử lý COD trình Fenton dị thể Hiệu suất xử lý Fenton tăng lên tăng pH môi trường, điều phù hợp với kết nghiên cứu Trần Mạnh Trí [3] Lý tốc độ hình thành gốc hydroxyl tăng theo độ tăng pH trình Fenton dị thể, điều ngược lại với trình Fenton đồng thể Lượng Fe tan (mg/l) 6.2 3.9 - Hình - Hiệu suất xử lý COD ứng với giá trị pH khác Việc xác định khoảng pH môi trường phù hợp có ý nghĩa thực tế lớn Nó góp phần làm giảm chi phí đầu tư hệ thống, chi phí vận hành nâng cao hiệu xử lý Với kết thự nghiệm thu cho khoảng pH phù hợp cho trình Fenton dị thể từ đến (ở khoảng pH lượng Fe tan khơng đáng kể - Bảng 3), giá trị pH = 8,5 chọn để thiết lập điều kiện thí nghiệm 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý COD trình fenton di thể trình bày Bảng Hình Hiệu suất xử lý đạt tăng mạnh từ 19,73 % lên tới 59,2 % tương ứng với thời gian phản ứng tăng từ 15 phút lên 90 phút Tuy nhiên tiếp tục tăng thời gian phản ứng từ 90 phút lên 150 hiệu suất xử lý lại không thay đổi, đạt khoảng 60 % Bảng - Ảnh hưởng thời gian đến trình Fenton dị thể Stt (COD đầu vào = 375 mg/l; pH 8,5; Fe/AC 10 g/l; H2O2 1,2 g/l) Thời gian khuấy COD đầu COD đầu Hiệu suất xử lý (phút) Hấp phụ (mg/l) Fenton (mg/l) Hấp phụ 360 301 4.00% 15 322 256 14.13% 30 314 208 16.27% 60 316 153 15.73% 90 310 155 17.33% 120 309 150 17.60% 150 Khi sử dụng xúc tác Fe/AC khơng có tham gia H2O2 hiệu suất xử lý có xu hướng tăng với thời gian phản ứng tăng từ 15 phút lên tới 150 phút Kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý tăng mạnh từ % lên 14,13 % tương ứng với thời gian phản ứng tăng từ 15 phút lên 30 phút Tuy nhiên tiếp tục tăng thời gian phản ứng lên hiệu suất xử lý có tăng khơng đáng kể dường đạt cân hấp phụ sau 120 phút Kết phù hợp với kết thu thí nghiệm trước Nguyên nhân thời gian đạt cân hấp phụ nhanh chóng với hiệu suất xử lý thấp lượng sử dụng vật liệu AC nhỏ không phù hợp với nồng độ COD nước rác Trong đó, q trình xử lý Fenton (có tham gia H2O2) dường đạt hiệu suất cao sau 90 phút Hay nói q trình xử lý Fenton tới điểm kết thúc Có nghĩa q trình oxy hóa COD khơng tiếp tục diễn thời gian khuấy trộn trì Hiệu suất xử lý Fenton 19.73% 31.73% 44.53% 59.20% 58.67% 60.00% Hình - Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian phản ứng khác Lý lượng vật liệu xúc tác Fe/AC sử dụng với hàm lượng Fe 10 % chưa đủ để xử lý triệt để thành phần COD có nước rác Kết tương đồng với kết nghiên cứu trước Gau Chang, 1996; Bae cộng sự, 1997; Yoon công sự, 1998; Wang công sự, 2000; Lau cộng sự, 2001; Gulsen Turan, 2004 [6] Kết Nguyễn Văn Phước cộng sự, 2007 xử lý COD q trình oxy hóa Fen ton đồng thể cho thấy với nồng độ H2O2 = 670 mg/l, Fe2+ = 2g/l, pH = 3,5, sau thời gian phản ứng 30 phút hiệu suất xử lý COD cao đạt 67,2% [2] Từ kết thực nghiệm thu xác định khoảng thời gian phản ứng 90 phút phù hợp cho trình Fenton dị thể chọn để thiết lập điều kiện thí nghiệm 3.2.3 Ảnh hưởng lượng vật liệu xúc tác Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng vật liệu xúc tác đến trình Fenton dị thể trình bày Bảng Hình Những kết thu cho thấy, hiệu suất xử lý COD vật liệu xúc tác hay nói cách khác khả hấp phụ COD chất mang (AC) khơng có mặt H2O2 tăng hàm lượng xúc tác tăng Lý đơn giản diện tích bề mặt riêng tăng, điều dẫn đến hiệu hấp phụ tác chất tăng theo Bảng - Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến trình Fenton dị thể St t 10 Xúc tác (g/l) 10 12 14 16 20 25 (COD đầu vào = 375 mg/l; pH 8,5; H2O2 1,2 g/l; thời gian 90 phút) COD đầu COD đầu Hiệu suất xử lý (Hấp phụ) (mg/l) (Fenton) (mg/l) (Hấp phụ) 361 301 3.73% 359 256 4.27% 339 208 9.60% 328 156 12.53% 316 154 15.73% 311 158 17.07% 305 213 18.67% 291 243 22.40% 262 249 30.13% 259 250 30.93% Khi sử dụng xúc tác Fe/AC có tham gia H2O2 hiệu suất xử lý COD tăng cao so với khơng có mặt H2O2 Đó có q trình oxy hóa Fenton dị thể diễn Cụ thể, hiệu suất xử lý COD tăng từ 19,73 – 58,40% tăng hàm lượng vật liệu xúc tác từ tới g/l Tuy nhiên hàm lượng xúc tác tiếp tục tăng từ tới 25 g/l hiệu suất xử lý bắt đầu có xu hướng giảm nhẹ đạt giá trị tiệm cận với hiệu suất xử lý khơng có mặt H2O2 Điều lí giải sau: phản ứng Fenton, Fe có vai trị làm chất xúc tác để H2O2 sinh gốc hydroxyl, hàm lượng xúc tác tăng (6-9 g/l) số lượng gốc hydroxyl tăng dẫn đến hiệu suất xử lý tăng Nhưng tăng hàm lượng xúc tác Fe lên nhiều (> 10 g/l) bắt đầu có lượng gốc tự hydroxyl hình thành phản ứng ngược với xúc tác Fe làm tiêu hao gốc tự hydroxyl Đây lý làm cho hiệu suất xử lý có xu hướng giảm tăng hàm lượng xúc tác nhiều Hiệu suất xử lý (Fenton) 19.73% 31.73% 44.53% 58.40% 58.93% 57.87% 43.20% 35.20% 33.60% 33.33% Hình - Hiệu suất xử lý COD ứng với hàm lượng xúc tác khác Ngoài ra, tăng hàm lượng vật liệu xúc tác nhiều (> 12 g/l) theo thực tế thí nghiệm, lúc tỷ lệ rắn lỏng cao dẫn đến cản trở khả khuấy trộn cánh khuấy hỗn hợp phản ứng Điều dẫn đến hạn chế khả tiếp xúc nước thải, H2O2 xúc tác nguyên nhân khiến cho phản ứng Fenton dị thể không diễn mong muốn Với kết thu bước khảo sát thấy hàm lượng xúc tác phù hợp để đạt hiệu suất xử lý tốt từ đến 12 g/l, hàm lượng g/l chọn để tiến hành thí nghiệm 3.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng H2O2 Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng H2O2 đến trình Fenton dị thể trình bày Bảng Hình Bảng - Ảnh hưởng hàm lượng H2O2 đến trình Fenton dị thể St t H2O2 (g/l) 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 (COD đầu vào = 375 mg/l; pH 8,5; Fe/AC g/l; thời gian 90 phút) COD đầu COD đầu Hiệu suất xử lý Hiệu suất xử lý (Hấp phụ) (mg/l) (Fenton) (mg/l) (Hấp phụ) (Fenton) 229 38.93% 206 45.07% 328 12.53 % 164 56.27% (kết thí (kết thí 152 59.47% nghiệm trước) nghiệm trước) 157 58.13% 162 56.80% Kết thực nghiệm thu cho thấy, hiệu suất phản ứng tăng từ 38,93 % lên 59,47 % tăng nồng độ H2O2 từ 0,9 – 1,2 g/l Nhưng tiếp tục tăng nồng độ H2O2 lên cao hiệu suất xử lý có xu hướng giảm rõ rệt xuống 56,8 % với nồng độ H2O2 1,4 g/l Điều giải thích sau: tăng lượng H2O2 (0,9 – 1,2 g/l) khả tiếp xúc H2O2 với xúc tác tăng nên sinh nhiều gốc hydroxyl Nhưng tăng lượng H2O2 lên nhiều (1,3 – 1,4 g/l) dẫn đến gốc tự •OH bị tạo gốc tự •O2- khơng đóng góp vào phản ứng oxy hóa theo phương trình sau: •OH + H2O2  •O2H/O2- + H2O Với kết thu bước khảo sát thấy nồng độ H2O2 thích hợp để đạt hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác tốt 1,2 g/l, trình Fenton dị thể Hình - Hiệu suất xử lý COD ứng với hàm lượng H2O2 khác 3.3 Đánh giá độ bền hoạt tính vật liệu xúc tác Kết thực nghiệm đánh giá độ bền hoạt tính vật liệu xúc tác trình bày Bảng Hình Kết thu cho thấy hiệu suất xử lý COD có xu hướng giảm qua lần tái sử dụng Cụ thể hiệu suất xử lý giảm từ 59,74% xuống 40,53% ba lần tái sử dụng Và hiệu xử lý khơng cịn sau bảy lần tái sử dụng (hiệu suất đạt 1,60 % lần tái sử dụng thứ bảy) Điều giải thích có lượng chất hữu bị tích tụ bề mặt vật liệu xúc tác sau lần phản ứng ảnh hưởng đến khả tiếp xúc tác chất xúc tác làm giảm hiệu tái sử dụng vật liệu Kết thu tương đồng với kết nghiên cứu Melero công thực loạt thí nghiệm tái sử dụng xúc tác Fe2O3/SBA-15 mà họ chế tạo q trình oxy hóa Fenton dị thể xử lý phenol Có thể thấy diện lượng chất hữu lại bề mặt vật liệu xúc tác nhờ q trình hấp phụ có tác động tiêu cực đến thời gian sử dụng vật liệu xúc tác Bảng - Kết khảo sát độ bền hoạt tính (COD đầu vào = 375 mg/l; pH 8,5; Fe/AC g/l; H2O2 1,2 g/l; thời gian 90 phút) Số lần COD đầu Hiệu suất xử lý (Fenton) (mg/l) (Fenton) sử dụng 152 59.47% Lần 187 50.13% Lần 223 40.53% Lần 294 21.60% Lần 322 14.13% Lần 351 6.40% Lần 369 1.60% Lần Hình - Hiệu suất xử lý COD ứng với số lần tái sử dụng vật liệu xúc tác Fe/AC Với kết thu với hiệu suất xử lý qua ba lần tái sử dụng vật liệu xúc tác trình xử lý chấp nhận KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu đưa số kết luận: Vật liệu xúc tác chế tạo sở chất mang than hoạt tính Fe/AC với diện tích bề mặt riêng 710 m2/g, độ xốp cao chứa 9,8 % Fe (lượng khơ) sử dụng hiệu q trình oxy hóa Fenton dị thể Hiệu suất xử lý thành phần hữu (COD) khó phân hủy sinh học nước rỉ rác đạt 59% (với COD đầu vào 375 mg/l) q trình oxy hóa Fenton dị thể sử dụng vật liệu xúc tác Fe/AC với điều kiện phản ứng: pH = 8,5; tỉ lệ H2O2 : COD = 3,2 : 1(w/w); tỉ lệ H2O2 : Fe = 2,19 :1 (mol/mol);sau thời gian phản ứng 90 phút Khả tái sử dụng vật liệu xúc tác Fe/AC tương đối cao Có thể tái sử dụng đến lần thứ ba mà đảm bảo hiệu suất xử lý Để nâng cao hiệu xử lý thành phần hữu khó phân hủy sinh học nước rỉ rác trình Fenton dị thể với vật liệu Fe/AC cần nghiên cứu thêm yếu tố điều kiện phản ứng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác, chẳng hạn tác nhân ánh sáng TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thanh Phong, Lê Đức Trung, Nguyễn Văn Phước (2013), Nghiên cứu cải tạo quy trình cơng nghệ xử lý nước rỉ rác khu liên hợp xử lý chất thải Nam Bình Dương, Viện Mơi trường Tài ngun Tp HCM Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường (2006), Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý COD khó phân hủy sinh học nước rác phản ứng Fenton, Tạp Chí Phát Triển KH&CN, Tập 10, Số 01-2007 Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Các q trình oxy hóa nâng cao xử lý nước nước thải- Cơ sở khoa học ứng dụng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 4 Ai Ni Soon, B.H Hameed (2011), Heterogeneous catalytic treatment of synthetic dyes in aqueous media using Fenton and photo-assisted Fenton process, SciVerse ScienceDirect, 269, 1-16 S.A Messele, F Stuber, C Bengoa (2012), Phenol degradation by heterogeneous Fenton-like reaction using Fe supported over activated carbon, SciVerse ScienceDirect, 42, 1373-1377 Luis Alejandro Galeano, Miguel Angel Vicente, Antonio Gil (2011), Treatment of municipal leachate of landfill by Fenton-like heterogeneous catalytic wet peroxide oxidation using an Al/Fe-pillared montmorillonite as active catalyst, Chemical Engineering Journal, 178, 146-153 Enhancement of Removal efficiency in treatment of Non-biodegradable organic substances in landfill leachate by heterogeneous Fenton Oxidation Process with an Fe/Ac Catalyst Le Duc Trung Institute for Environment and Resources, Vietnam National University of Ho Chi Minh City ABSTRACT The main objective of the work is to prepare catalyst material based on iron supported over activated carbon (Fe/AC) and to test its activity in Fenton oxidation process The removal efficiency of non-biodegradable organics (COD) in leachate, catalyst stability and reuse potential of the material in the oxidation process were investigated The structure of catalyst material was characterized by XRD, SEM and BET methods Heterogeneous Fenton oxidation process with an Fe/AC catalyst was assessed based on COD removal efficiency in the leachate after the biological treatment (COD = 375 mg/l; BOD5 ~ 8; pH = 7,62) process in the system As the result, COD removal up to 59% was achieved after 1,5 h of reaction under conditions of room temperature and atmospheric pressure, catalyst loading (9 g/l), added peroxide concentration (1,2 g/l), at pH - Moreover, the results indicated that consecutive re-utilization of catalyst material to COD conversion nearly the same as that obtained with fresh catalyst for three runs Further studies are needed to expand the scope of this synthesized catalyst Keywords: Fenton, activated carbon, leachate of landfill  ... đến hoạt tính xúc tác, chẳng hạn tác nhân ánh sáng TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thanh Phong, Lê Đức Trung, Nguyễn Văn Phước (2013), Nghiên cứu cải tạo quy trình cơng nghệ xử lý nước rỉ rác khu liên... hiệu xử lý [4] [5] [6] Để nâng cao tính khả thi phương pháp áp dụng thực tế xử lý, nghiên cứu tập trung đánh giá cụ thể khả hiệu xử lý thành phần nhiễm hữu (COD) khó phân hủy sinh học nước rỉ rác... Fe: Than hoạt tính (AC) thương mại sản xuất nước có diện tích bề mặt 969 m2/g kích thước lỗ xốp trung bình 32 nm 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Chế tạo vật liệu xúc tác Than hoạt tính ngâm (tẩm)