phuong pháp xác định hàm lượng một số chất

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012 SO SÁNH HI!U QU X( LÝ Đ MÀU VÀ CH T H)U CƠ TRONG NƯ*C TH I S N XU T CÀ PHÊ B T HỊA TAN S( D+NG Q TRÌNH O3, H2O2 VÀ O3/H2O2 Nguy,n Như Sang(1) ), Huỳnh Ng c Loan(1), Lê Dung(2) (1) Vi n Mơi Trư ng Tài Ngun, ĐHQG-HCM (2) Phòng Tài Ngun Mơi Trư ng qu n Bình Tân, Thành ph H Chí Minh TĨM T T: Nghiên c u s d ng q trình oxy hóa b$c cao O3, H2O2 O3/H2O2 đ so sánh hi u qu x lý đ màu ch t h u đ i v i nư c th i sau q trình x lý sinh h"c c!a nhà máy s n xu t cà phê b t hòa tan Ch t h u l i c!a nư c th i sau q trình x lý k2 khí hi u khí ph%n l n d ng Ch t h u khó phân h!y sinh h"c Hi u qu lo i b đ màu COD đư c kh o sát b&ng cách thay đ3i y u t – 2– anion Cl , SO4 , HCO3– nh hư ng pH, hàm lư ng O3, H2O2, t l mol O3:H2O2 Q trình oxy hóa b$c cao dùng O3/H2O2 có hi u qu cao nh t so v i t ng tác nhân O3, H2O2 riêng bi t Kho ng giá tr# pH t i ưu t đ n cho c tác nhân oxy hóa t l mol O3:H2O2 t i ưu b&ng Hi u qu kh màu COD cao nh t u ki n t i ưu c!a O3, H2O2 O3/H2O2 l%n lư t tương ng 71 % 62 %, 70 % 47 %, 95 % 73 % Ngồi ra, nư c th i có hàm lư ng anion Cl–, HCO3– , SO42– cao có th làm gi m hi u qu x lý màu COD Q trình oxy hóa b$c cao dùng O3/H2O2 có th ng d ng m t phương pháp hi u qu đ x lý nư c th i cà phê b t hòa tan sau q trình x lý sinh h"c T khóa: oxy hóa b$c cao, O3, H2O2 O3/H2O2, COD, đ màu, nư c th i cà phê hòa tan GI*I THI!U q trình t o s d ng g c t hydroxyl Năm 2010, Vi t Nam qu c gia xu t kh-u (•OH) ch t oxy hóa m nh đ& phân h y cà phê l n th hai th gi i v i s n lư ng ch t h)u khơng th& oxy hóa b'ng ch t đ t 1.162.000 t n v i kim ng ch 1,76 t+ la, oxy hóa thơng thư ng Ozone (O3), hydrogen có m t 90 qu c gia vùng lãnh th% [1] peroxide (H2O2) tác nhân oxy hóa m nh Cà phê b t hòa tan s n ph-m ch bi n đ& có kh t o g c •OH thư ng đư c áp tăng giá tr h t cà phê, nhiên, quy trình s n d ng [2] xu t làm phát sinh lư ng nư c th i r t l n O3, H2O2 k t h p hai tác nhân thành Nư c th i t q trình s n xu t cà phê b t hòa h tan có thành ph n nhi m cao, đ c bi t n ng c u đ& x lý COD đ màu nư c th i đ COD đ màu, r t khó x lý tri t đ& b'ng nhu m [2,3] AOPs dùng O3 oxy hóa di n q trình sinh h c Nư c th i sau x lý sinh theo cách, 1) tr c ti p, phân t O3 ph n h c h u h t khơng đ t tiêu chu-n x th i mà ng tr c ti p v i h p ch t hòa tan 2) c n thi t ph i có cơng đo n x lý ti p theo gián ti p, g c •OH t o thành t q trình q trình oxy hóa b c cao (AOPs) AOPs phân h y O3 ph n ng v i h p ch t hòa tan peroxone (O3/H2O2) thư ng đư c nghiên Trang 17 Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012 nư c th i AOPs dùng H2O2 riêng bi t Masahiro c ng s nghiên c u x lý thư ng hi u qu kh màu ch t h)u th p màu nư c th i cà phê b'ng q trình oxy O3 riêng bi t đ c tính m t ch t oxy hóa b c cao áp d ng photo-Fenton [10,11] hóa y u [4] AOPs dùng O3/H2O2 giúp Zayas c ng s nghiên c u x lý COD ph n ng di n nhanh c i thi n hi u qu màu nư c th i cà phê b'ng q trình keo s n sinh g c •OH / giá tr pH th p, t oxy hóa b c cao dùng UV/H2O2, UV/O3 ph n ng gi)a H2O2 O3 di n r t ch m UV/H2O2/O3 [12] Do q nghiên c u tăng pH l n 5, H2O2 s0 b phân liên quan nên áp d ng cơng ngh vào − ly thành ion HO2 ph n ng phân h y O3 t o th c ti n g p khó khăn thi u s li u thi t g c •OH làm tăng t c đ ph n ng [5,6] k v n hành M c tiêu c a nghiên c u Th oxy hóa c a O3, H2O2 •OH l n lư t so sánh hi u qu x lý ch t h)u đ màu 2,08; 1,78 2,8 V [7] hi u qu c a q dư i tác đ ng c a y u t trình oxy hóa ph thu c vào th oxy hóa pH, hàm lư ng O3, H2O2, t! l mol O3:H2O2 Hi u qu t c đ ph n ng oxy hóa x lý lo i anion Cl–, SO42–, HCO3– áp d ng q trình b màu ch t h)u c a O3, H2O2 oxy hóa b c cao v i tác nhân O3, H2O2 O3/H2O2 ph thu c vào n ng đ màu ch t h perozone (O3/H2O2) m t b% sung h)u nư c th i, pH, hàm lư ng O3, thơng s th c nghi m đ& x lý nư c th i cà phê – H2O2 cung c p anion Cl , HCO3 – SO42–, [4,8,9] Khi nư c th i có anion Cl–, SO42–, HCO3– s0 ph n ng tr c ti p v i g c •OH đ& l n lư t t o g c Cl2•–, HCO3• , SO4•– có th oxy hóa t c đ ph n ng th p làm gi m hi u qu ph n ng Do thành ph n nư c th i ph c t p m t chu(i ph n ng di n đ ng th i q trình oxy hóa b c cao, r t khó xác đ nh xác ngư,ng n ng đ anion s0 nh hư ng đ n hi u qu x lý [9] AOPs áp d ng O3, H2O2 O3/H2O2 đ& x lý đ màu ch t h)u nư c th i nhu m [2,3] h a h1n có tính kh thi cao áp d ng đ& x lý nư c th i cà phê b t hòa tan nh hư ng hòa tan V T LI!U VÀ PHƯƠNG PHÁP Mơ hình th c nghi.m C u t o sơ đ th c nghi m c a mơ hình nghiên c u đư c th& hi n hình Bình ph n ng d ng hình tr , có đư ng kính D = 100 mm, chi u cao H = 150 mm, th& tích th c V = 1178 ml, th& tích h)u ích V = 800 ml Phía có l"p motor (có th& u ch!nh t c đ quay) g"n cánh khu y bên trong, l( ti p xúc gi)a n"p bình ph n ng tr c cánh khu y đư c g"n mi ng cao su ch ng khí bên ngồi Ngồi ra, n"p bình ph n ng có m t l( g"n nút cao su đ& châm nư c th i vào m t l( g"n ng thu khí 2ng thu khí Các cơng b v nghiên c u lo i b đ màu đư c nhúng vào 300 ml dung COD nư c th i cà phê b t hòa tan d ch KI 10% đ& đo khí Ozone th a sau ph n dùng q trình oxy hóa b c cao hi n r t ng Sát đáy bình ph n ng đư c n i v i m t Trang 18 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012 ng cung c p khí ozone phân ph i b'ng c c hi u Ozomax (Canada) cơng su t t i đa 100 đá b t Bên sát đáy bình ph n ng có m t mg/gi , có đ ng h ng thu nư c đ& l y m u Máy t o ozone lư ng khí cung c p van u ch!nh lưu Motor khu y M Khí O dư 150 100 Bình ph n ng L y Máy phát Ozone Lưu lư ng k m u Dung d ch KI 10% Hình Sơ đ c u t o mơ hình th c nghi m Các giá tr pH c a nư c th i đư c thay đ%i Tính ch t nư c th i Nư c th i s d ng nghiên c u 3, 5, 7, 11 b'ng dung d ch H2SO4 nư c th i sau q trình x lý sinh h c k3 khí 0,025N NaOH 1N B t motor cánh khu y hi u khí t tr m x lý nư c th i Cơng ty Cà t c đ 100 vòng/phút Th i gian th c hi n cho phê Biên Hòa Tính ch t nư c th i v i ch! m(i thí nghi m 120 phút, 20 ml m u đư c tiêu sau: pH kho ng – 7; đ l y t i th i đi&m 20, 40, 60, 80, 100 120 màu kho ng 420 – 460 Pt-Co; BOD5 phút xác đ nh ch! tiêu đ màu COD kho ng 50 – 60 mg/l; COD kho ng + Thí nghi m 1.1: khơng châm H2O2, lư ng 200 – 230 mg/l; TSS kho ng 100 – 110 O3 cung c p 36,8 mg (tương đương v i 18,4 – mg/l; Cl kho ng 500 – 600 mg/l; SO4 2– kho ng 180 – 190 mg/l đ ki m kho ng 800 – 850 mgCaCO3/l đ màu nư c th i cà phê b t hòa tan dư i nh hư ng c a pH, hàm lư ng O3, H2O2, t! l mol O3:H2O2 – anion Cl , HCO3 , + Thí nghi m 1.2: khơng s c khí O3, châm d ch H2O2 3%) COD dùng O3, H2O2 O3/H2O2 đ i v i – lưu lư ng khí 0,1 m3/gi ) 27 mg H2O2 (tương đương v i 0,9 ml dung N/i dung th c nghi.m: Nghiên c u kh lo i b mg/gi SO42– - Th c nghi m 1: 4nh hư ng c!a pH + Thí nghi m 1.3: lư ng O3 cung c p 36,8 mg lư ng H2O2 27 mg - Th c nghi m 2: 4nh hư ng c!a hàm lư ng O3, H2O2 t l mol O3/H2O2 Đi u ch!nh giá tr pH t i ưu tìm đư c t Th c nghi m b'ng dung d ch H2SO4 Trang 19 Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012 0,025N NaOH 1N B t motor cánh khu y - Th c nghi m 3: 4nh hư ng c!a anion Cl–, HCO3–, SO42– t c đ 100 vòng/phút Th i gian th c hi n cho m(i thí nghi m 120 phút, 20 ml m u đư c Giá tr pH đư c u ch!nh đ n 8, b t motor l y t i th i đi&m 20, 40, 60, 80, 100 120 cánh khu y phút xác đ nh ch! tiêu đ màu COD th c hi n cho m(i thí nghi m 120 phút, 20 Lư ng O3 dư ml m u đư c l y t i th i đi&m 20, 40, 60, thí nghi m 2.1 H2O2 dư t c đ 100 vòng/phút Th i gian thí nghi m 2.2 đư c xác đ nh sau k t 80, 100 120 phút xác đ nh ch! tiêu đ thúc m(i thí nghi m màu COD + Thí nghi m 2.1: Xác đ nh hàm lư ng O3 + Thí nghi m 3.1: bao g m 03 thí nghi m, t i ưu b'ng cách thay đ%i lư ng O3 cung c p m(i thí nghi m l n lư t châm 0,085 mol m(i 36,8; 73,6 110,4 mg (tương đương v i lưu lo i anion Cl–, HCO3– , SO42– Khí O3 cung c p lư ng khí 0,1; 0,2 0,3 m /gi ), khơng châm theo hàm lư ng t i ưu H2O2 khơng châm H2O2 thí nghi m 2.1, + Thí nghi m 2.2: Xác đ nh hàm lư ng H2O2 + Thí nghi m 3.2: bao g m 03 thí nghi m, t i ưu b'ng cách thay đ%i hàm lư ng H2O2 m(i thí nghi m l n lư t châm 0,085 mol m(i cung c p 30; 60; 90; 120 150 mg H2O2, lo i anion Cl–, HCO3– , SO42– Khơng s c khí khơng s c khí O3 O3, châm hàm lư ng H2O2 t i ưu theo thí + Thí nghi m 2.3: Xác đ nh t! l mol nghi m 2.2 O3:H2O2 t i ưu theo t! l 2; 2,5; 3; 3,5 b'ng + Thí nghi m 3.3: bao g m 03 thí nghi m, cách c đ nh lư ng O3 cung c p 73,6 mg m(i thí nghi m l n lư t châm 0,085 mol m(i thay đ%i hàm lư ng H2O2 tương lo i anion Cl–, HCO3– , SO42– ng 26; 20,8; 17,3 14,9 mg H2O2 mol O3:H2O2 cung c p t i ưu theo thí nghi m 2.3 90 50 90 30 Hi.u qu (%) 30 60 Hi.u qu (%) Hi.u qu (%) T! l 10 60 pH = pH = pH = pH = pH = 11 30 -10 (A) (B) (C) -30 20 40 60 80 Th0i gian (phút) 100 120 0 20 40 60 80 Th0i gian (phút) 100 120 20 40 60 80 Th0i gian (phút) Hình 4nh hư ng c a pH đ n hi u qu lo i b đ màu theo th i gian ph n ng: (A) O3; (B) H2O2 (C) O3/H2O2 Trang 20 100 120 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012 Phương pháp phân tích ch! tiêu pH, đ – 2– kho ng đ n hi u qu kh màu cao – màu, BOD5, COD, TSS, Cl , SO4 , HCO3 , đ nh t đ t kho ng 87 % đ i v i O3/H2O2 (hình ki m đư c th c hi n t i phòng thí nghi m Vi n 2C), pH b'ng 11 hi u qu kh đ Mơi trư ng Tài ngun d a theo “Standard màu gi m đáng k& ch! kho ng 77 % đ i v i methods O3/H2O2 Đ màu đư c kh for Examination Water and th nhanh nhi u Wastewater 21 ”, APHA, 2005 Khí O3 dư h p nh t 60 phút đ u ph n ng s d ng thu đư c phân tích d a theo Kerwin c ng s O3 (hình 2A), kho ng 20 phút đ u s d ng [13] đo H2O2 dư theo phương pháp c a H2O2 O3/H2O2 (hình 2B,C) Đ i v i ch! tiêu Eisenberg [14] COD, hi u qu x lý đ i v i tác nhân O3, K T QU VÀ TH O LU N H2O2 O3/H2O2 đư c th& hi n áp d ng O3, H2O2 riêng bi t hi u qu x lý nh hư1ng c a pH đ2n hi.u qu lo3i b4 đ/ COD th p, ch! kho ng t 20 đ n 48 % đ i màu COD v i O3 t 11 đ n 35 % đ i v i H2O2 sau 120 K t qu nghiên c u nh hư ng c a pH đ n hi u qu x lý đ màu 9, 11 đư c th& hi n phút ph n ng (hình 3A, B) C i thi n hi u qu giá tr pH 3, 5, 7, kh Hình Các giá tr pH cao nh t lý đ màu pH tăng t đ n hi u giá tr pH kho ng đ n (hình 3C) màu tăng theo, v i pH 50 COD rõ r t dùng O3/H2O2, hi u qu tăng lên t kho ng 58 đ n 77 % hi u qu thay đ%i nh hư ng r t nhi u đ n hi u qu x qu kh hình Khi 40 80 30 60 30 20 Hi.u qu (% ) Hi.u qu (% ) Hi.u qu (%) 40 20 10 10 (B) (C) 20 40 60 80 100 pH = pH = pH = pH = pH = 11 20 (A) 0 40 120 0 20 Th0i gian (phút) 40 60 80 Th0i gian (phút) 100 120 20 40 60 80 100 120 Th0i gian (phút) Hình 4nh hư ng c a pH đ n hi u qu lo i b COD theo th i gian ph n ng: (A) O3; (B) H2O2 (C) O3/H2O2 Hi u qu kh COD c a nư c th i nhu m sau x lý sinh h c dùng O3 th p tương t [16] Đ i v i tác giá tr pH 8.4 đ i v i q trình nhân H2O2 oxy hóa riêng bi t, k t qu cho th y O3 riêng bi t 75 % [15], cao so v i k t hi u qu phân h y ch t h)u r t th p, sau 180 qu c a nghiên c u Tuy nhiên, đ i v i phút nư c th i c n rư u hi u qu x lý COD 20, 39 12% hi u qu nh t pH 3, có k t qu tương ng pH [4] Khi Trang 21 Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012 dùng h O3/H2O2 đ& nghiên c u x lý nư c th i hàm lư ng O3, H2O2 t! l mol O3:H2O2 đư c nhân t o ch a lo i màu thu c nhu m cho th& hi n qua b ng Khi hàm lư ng O3 tăng lên th y k t qu r t cao, kho ng 99 đ n 100 % t 36,8 mg 73,6 mg (tương ng hàm lư ng đ i v i màu kho ng 76 đ n 88 % đ i v i O3 ph n ng 30,32 65,97 mg) hi u qu COD [17] T c đ hi u qu ph n ng kh kh màu COD khác đư c gi i thích COD tăng t 46 đ n 62 %, tăng lên 110,4 nh hư ng c a giá tr pH đ i v i t ng tác mg (hàm lư ng O3 ph n ng 69,36 mg) màu tăng t 54 đ n 71 % kh nhân Theo gi i thích c a Nothe c ng s hi u qu kh [18], AOPs dùng O3 riêng bi t, pH b'ng (hi u qu kh màu đ t 69 % COD kho ng t c đ ph n ng c a O3 v i nư c th i chia 62 %) (b ng 1, thí nghi m 2.1) K t qu đo làm ph n Ph n đ u tiên ph n ng r t nhanh hàm lư ng O3 dư 0,04 đ n 0,2 giây (k = 0.071 (mgDOC) ph n th hai di n 0.011 (mgDOC) −1 −1 −1 (mgDOC) s ) trư ng h p cung c p 110,4 s ), mgO3 41,07 mgO3 cao g p 5,4 l n so v i 0,2 đ n 10 giây (k = lư ng O3 dư trư ng h p cung c p 36,8 −1 s ) ph n l i t c đ mgO3 Có th& vi c thay đ%i lưu lư ng khí di n ch m r t nhi u (k = 0.0019 −1 −1 màu COD khơng tăng n)a th i gian kéo dài đ n phút cung c p làm tăng t c đ xáo tr n, làm gi m th i gian ti p xúc gi)a pha khí l ng d n đ n / giá tr pH th p, tác nhân O3 H2O2 kh riêng bi t ph n ng l a ch n v i h p ch t gi m Theo k t qu nghiên c u c a tác gi h)u nên khơng th& phân h y hi u qu Đ i Konsowa [19] v q trình kh màu c a nư c v i AOPs s d ng O3/H2O2, pH x y th i d t nhu m ch a thành ph n thu c nhu m ng t o g c •OH, tr c ti p cho th y r'ng t c đ th%i khí O3 có m t chu(i ph n − peroxyl (HO2•), superoxide (O2• ) r t nhanh khu ch tán c a khí O3 vào nư c nh hư ng r t l n đ n hi u qu kh màu Khi g c •OH ph n ng khơng l a ch n v i g c tăng lưu lư ng khí O3 cung c p hi u qu x t v a t o h p ch t h)u nên t c đ lý tăng đ n m t đi&m gi i h n hi u ph n ng di n nhanh g p 10 đ n 10 qu x lý cao nh t, sau hi u qu x lý l n so v i t ng q trình O3 H2O2 riêng bi t gi m xu ng Hàm lư ng cung c p tăng (t c lưu [16] lư ng s c khí l n) s0 sinh nhi u b t khí làm nh hư1ng c a hàm lư ng O3, H2O2 t5 l mol O3:H2O2 tăng t n su t va ch m chúng k t h p l i v i t o thành m t chùm b t khí l n, làm gi m Nghiên c u đư c ti n hành v i pH c a nư c di n tích b m t ti p xúc kh khu ch th i đư c u ch!nh n'm kho ng t i ưu tán, d n đ n gi m hàm lư ng O3 hòa tan, k t t đ n K t qu nghiên c u nh hư ng c a qu hi u qu AOPs s0 gi m Trang 22 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012 320 90 120 Cl- 70 60 50 280 100 HC O3 - Đ/ màu (Pt-Co) 80 Đ/ màu (Pt-Co) Đ/ màu (Pt-Co) O S O42240 200 40 (C) 160 20 40 60 80 100 120 60 40 (B) (A) 80 20 20 40 60 Th0i gian (phút) 80 100 120 20 40 Th0i gian (phút) 60 80 100 120 Th0i gian (phút) Hình 4nh hư ng c a anion Cl−, HCO3−, SO42− m u (đ i ch ng) đ n kh x lý lo i b đ màu theo th i gian ph n ng: (A) O3; (B) H2O2 (C) O3/H2O2 Đ màu ban đ u (phút 0) 455 Pt-Co 220 190 160 130 180 N6ng đ/ COD (mg/l) N6ng đ/ COD (mg/l) N6ng đ/ COD (mg/l) 220 210 150 200 120 190 (A) (C) 180 40 90 (B) 100 20 O C lHC O3S O42- 60 80 100 120 60 20 40 Th0i gian (phút) 60 80 Th0i gian (phút) 100 120 20 40 60 80 Th0i gian (phút) 100 120 Hình 4nh hư ng c a anion Cl−, HCO3−, SO42− m u (đ i ch ng) đ n kh x lý lo i b COD theo th i gian ph n ng: (A) O3; (B) H2O2 (C) O3/H2O2 N ng đ COD ban đ u (phút 0) 221 mg/l K t qu thí nghi m xác đ nh hàm lư ng H2O2 nh hư ng đ n hi u qu kh màu, COD th& hi n b ng m c thí nghi m 2.2 K t qu nư c th i AOPs dùng H2O2 riêng bi t nư c th i nhu m cho th y khơng hi u qu giá tr pH khác hàm lư ng khác cho th y tăng hàm lư ng H2O2 cung c p nghiên c u c a Olcay c ng s hi u qu x lý tăng, nhiên hàm lư ng [20] H2O2 tăng t 120 đ n 150 mg hi u qu kh Hi u qu t q trình kh màu COD màu COD g n b'ng (hi u qu kh màu t! l mol O3:H2O2 th& hi n 70 % COD 48 %) Tác nhân H2O2 có 2.3 K t qu cho th y r'ng kho ng t! l th oxy hóa th p th oxy hóa c a O3 mol O3:H2O2 t đ n hi u qu kh màu •OH, kh kh màu COD b gi i COD tăng tương ng kho ng 83 − 95 h n đ i v i m t s ch t h)u cơ, v y tăng %, 50 − 73 % đ t giá tr cao nh t hàm lư ng H2O2 khơng gia tăng hi u qu O3:H2O2 b'ng D a theo phương trình ph n x lý mà ch! làm tăng hàm lư ng H2O2 dư b ng thí nghi m t! l mol ng (2O3 + H2O2 → 2•OH + 3O2) v m t lý Trang 23 Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012 thuy t t! l mol O3:H2O2 b'ng Do cung ch t cyclophosphamid b'ng h peroxone c a c p khí O3 t pha khí vào pha l ng, O3 có th& t Hernandez c ng s ch! r'ng phân h y ho c ra, m t ph n ph n pH v i t! l mol O3:H2O2 b'ng 3,4 s0 cho hi u ng giá tr tr c ti p v i ch t nhi m nư c th i, qu t t nh t [22] Tuy nhiên, nghiên c u kh ph n l i k t h p H2O2 sinh g c •OH, DOC c a Nothe c ng s [18] t! l mol t! l ln l n lý thuy t ph thu c O3:H2O2 b'ng 2, t c đ ph n ng nhanh nh t vào tính ch t thành ph n nư c th i, nhi t đ , đ t k = 1,5 x 103 mol−1 s−1 Đi u cho th y t c đ m(i lo i nư c th i khác t! l s c khí 4nh hư ng c a t! l mol mol O3:H2O2 c a h peroxone q trình lo i O3:H2O2 có giá tr t i ưu riêng đ i v i nư c b vi sinh v t cho th y r'ng t! l mol th i cà phê hòa tan nghiên c u t! l O3:H2O2 b'ng 3,33 hi u qu c a q trình b'ng hi u qu nh t m c cao nh t [21] Q trình phân h y h p B ng 1.Hi u qu x lý Thí nghi m 2.1 Lư ng O3 cung c p (dư) (mg) hàm lư ng O3, H2O2 t! l mol O3:H2O2 khác Lư ng O3 ph n ng (mg) Lư ng H2O2 cung c p (dư) Lư ng H2O2 ph n ng (mg) (mg) Hi u qu kh màu (%) sau 120 phút Hi u qu kh COD (%) sau 120 phút 36,8 (6,48) 30,32 54 46 73,6 (7,63) 65,97 71 62 110,4 (41,04) 69,36 69 62 2.2 30 (5) 25 48 17 60 (8) 52 59 33 90 (11) 79 59 42 120 (15) 105 69 48 150 (48) 102 70 47 83 50 2,5 94 54 95 73 3,5 84 42 2.3 – – nh hư1ng c a anion Cl , HCO3 , SO42– đ2n hi.u qu lo3i b4 đ/ màu COD Nghiên c u nh hư ng c a anion Cl– , HCO3– , SO42– đ n hi u qu x đư c th& hi n lý đ màu Hình So v i m u đ i ch ng, kh kh đ màu b% sung anion vào nư c th i h u h t đ u th p Tương t hi u qu AOPs dùng H2O2 riêng bi t, Trang 24 T! l mol O3/H2O2 b% sung anion vào nư c th i hi u qu x lý c a tác nhân H2O2 th p nh t Đ u vào 455 Pt-Co, đ u sau 120 phút ph n ng n'm kho ng 170 đ n 207 Pt-Co, hi u qu đ t kho ng 49 đ n 58 % (hình 4B) Hi u qu kh màu dùng O3 O3/H2O2 có hi n di n c a anion có cao dùng H2O2, hi u qu r t th p so v i m u đ i ch ng (hình 4A, C) Anion Cl– nh hư ng TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012 nhi u nh t đ n hi u qu kh màu c a q trình O3/H2O2 so v i anion SO4 2– c a q trình O3 H2O2 riêng bi t Tương t hi u qu kh màu, – ph n ng gi)a g c oxy hóa vơ v a t o ra, làm gi m hàm lư ng t c đ ph n ng c a g c •OH [6] hi u qu kh COD thêm anion Cl , – đ t đư c r t th p (hình 5) V i Nghiên c u đánh giá hi u qu x lý đ& n ng đ COD vào 221 mg/l, n ng đ COD lo i b đ màu COD nư c th i s n xu t cà sau ph n ng 120 phút đ t đư c s d ng phê hòa tan s d ng tác nhân oxy hóa O3, H2O2 O3/H2O2 b% sung Cl– l n lư t b c cao O3, H2O2 O3/H2O2 y u t 198, 202 120 mg/l (tương ng v i hi u qu hư ng đ n q trình AOPs dùng O3/H2O2 có l n lư t 10, 46 %) Hi u qu x lý ch t hi u qu cao nh t so v i t ng tác nhân riêng h)u b% sung anion khác HCO3–, bi t, kho ng giá tr pH t i ưu t đ n SO42– hi u qu có cao b% sung Cl– 9, t! l mol O3:H2O2 t i ưu b'ng v i hi u su t r t th p so v i m u đ i ch ng lo i b đ màu COD đ t l n lư t 95 % Kiwi c ng s [23] ch! s s t gi m 73 % Ngồi ra, hàm lư ng anion hi u qu kh màu Orange II nư c th i nhu m Cl–, HCO3– , SO42– nư c th i tăng có th& HCO3 , SO42– thêm anion Cl – tương t k t qu c a K T LU N nh làm gi m hi u qu x lý màu COD K t qu nghiên c u Ngồi ra, Joseph c ng s nghiên c u cho th y rõ ràng r'ng s [6] ch! s O3/H2O2 có tính kh thi đ& ng d ng lo i b đ nh hư ng gi m hi u qu x lý h p ch t h)u có m t c a Cl–, SO42– d ng màu COD nư c th i s n xu t cà phê dùng Fe(III)/H2O2 nghiên c u c a hòa tan sau q trình x lý sinh h c C n thi t S dĩ hi u qu x lý gi m có th& có thêm nh)ng nghiên c u v ion Cl–, HCO3–, SO42– dư i tác d ng c a – nh hư ng đ ng – th i c a anion Cl , HCO3–, SO42– AOPs có th& t o g c oxy hóa Cl2• , ngư,ng n ng đ HCO3• , SO4•– Các g c có th oxy hóa Ngồi ra, nghiên c u v h'ng s t c đ ph n ng th p g c •OH [24, peroxone k t h p quang hóa (O3/H2O2/UV) – – 25] Do đó, ion Cl , HCO3 , SO42– nh hư ng lên hi u qu x lý AOPs s d ng có th& r t h)u ích đ& b% sung thơng s thi t k nh hư ng đ n hi u qu x lý 1) di n v n hành cho q trình x lý nư c th i cà phê ph n ng gi)a g c oxy hóa t o thành, b t hòa tan 2) t o g c oxy hóa vơ khác 3) di n Trang 25 Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012 COMPARISON OF O3, H2O2 AND O3/H2O2 PROCESSES FOR DECOLORISATION AND COD REMOVAL OF INSTANT COFFEE WASTEWATER Nguyen Nhu Sang (1), Le Dung (2), Huynh Ngoc Loan (1) (1) Institute for Environment and Resources, VNU-HCM (2) Department of Natural Resources and Environment, Binh Tan District, Ho Chi Minh City ABSTRACT: Application of advanced oxidation processes including O3, H2O2 and O3/H2O2 for decolorisation and COD concentration removal of instant coffee wastewater treatment after anaerobic treatment This wastewater mainly contains inert COD that is hard treated by the biological process The efficiency of decolorisation and COD removal is investigated by changing of pH, concentrations of O3 and H2O2, O3:H2O2 molar ratio, and concentrations of Cl–, SO42–, HCO3– The advanced oxidation process applied O3/H2O2 is the highest efficiency of decolorisation and COD removal to compare with that of O3 and H2O2 separately A pH optimum range is between and of O3, H2O2 O3/H2O2 and the best molar ratio of O3:H2O2 is for the highest efficiency In the optimal conditions, decolorisation and COD removal efficiencies of O3, H2O2 and O3/H2O2 are 71 % and 62 %, 70 % and 47 %, 95 % and 73 %, respectively Additionally, a presence of Cl–, HCO3–, SO42– ions will moderately decrease the decolorisation and COD removal efficiencies Advanced oxidation process using O3/H2O2 is applied as a possible method for instant coffee wastewater removal after treated by the biological processes Key words: advanced oxidation process, O3, H2O2 and O3/H2O2, COD, color, instant coffee wastewater TÀI LI!U THAM KH O Environmental Science and Technology, 37, 315–377, (2007) [1] C c Ch bi n, thương m i nơng lâm th y s n ngh mu i - B Nơng nghi p Phát tri&n Nơng thơn, http://www.chebien.gov.vn/ContentDet ail.aspx?CatId=5&Id=5985 [2] Adel A., Azni I., Katayon S., and Chuah T.G., Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes – A review, Global Nest: the International Journal, 6, (3) 222–230, (2004) [3] Faisal I.H., Hybrid treatment systems for dye wastewater, Critical Reviews in Trang 26 [4] Wu J.J., Yang J.S., Muruganandham M., and Wu C.C., The oxidation study of 2-propanol advanced Separation using ozone-based oxidation processes, and Purification Technology, 62, 39–46, (2008) [5] Staehlin J., and Hoigne J., Decomposition of ozone in water: rate of initiation by hydroxide ions and hydrogen peroxide, Environmental TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012 Science & Technology, 16, 676–681, solar (1982) kinetics, Water Research, 42, (18) [6] Glaze W.H., and Kang J.W., Advanced light dose on decolorization 4665–4673, (2008) oxidation processes: Test of a kinetic [12] Zayas P T., Geissler G., and Hernandez model for the oxidation of organic F., Chemical oxygen demand reduction compounds with ozone and hydrogen in coffee wastewater through chemical peroxide reactor, flocculation and advanced oxidation Chemical processes, Journal of Environmental in Industrial a semibatch Engineering Research, 28, 1580–1587, (1989) Sciences, 19, (3) 300–305, (2007) [7] Metcalf and Eddy Inc., Wastewater [13] Kerwin R., Gilbert G., Bruno L., Willy Engineering, Treatment and Reuse, M., Nobuo M., Yves R., Michael R., McGraw Hill, edition, (2003) and Isao S., Guideline for measurement [8] Joseph D.L., Giang T.L., and Bernard of Ozone concentration in the process L.A., A comparative study of the effects gas from an ozone generator, Ozone of chloride, sulfate and nitrate ions on Science and Engineering, 18, 209–229, the rates of decomposition of H2O2 and (1996) organic compounds by Fe(II)/H2O2 and [14] Eisenberg G.M., Colorimetric Fe(III)/H2O2, Chemosphere, 55, 715– determination of hydrogen peroxide, 723, (2003) Industrial Engineering Chemistry, 15, [9] Mei M.D., Stephen P.M., and Fernando L.R., Reactivity of Effluent Organic 327–328, (1943) [15] Muhammad A., Shafeeq A., Butt M.A., Matter (EfOM) with hydroxylas a Rizvi function weight, Rehman S., Decolorization and removal Environmental Science & Technology, of COD and BOD from raw and 44, 5714–5720, (2010) biotreated textile dye bath effluent of molecular Z.H., Chughtai M.A., and [10] Masahiro T., Ayano O., Hussein T.Z., through Advanced Oxidation Processes and Yoshinori K., UV light assisted (AOPS), Brazilian Journal of Chemical decolorization of dark brown colored Engineering, 25, (03) 453–459, (2008) coffee effluent by photo-Fenton reactor, [16] Marco S.L., José A.P., and Gianluca Water Research, 40, (20) 3775–3784, L.P., Treatment of winery wastewater (2006) by ozone-based advanced oxidation [11] Masahiro T., Ayano O., Hussein T.Z., processes (O3,O3/UV and O3/UV/H2O2) and Yoshinori K., Decolorization of in a pilot-scale bubble column reactor dark brown colored coffee effluent by and process economics, Separation and solor photo-Fenton reaction: Effect of Trang 27 Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012 Purification Technology, 72, 235–241, Alvares C., and (2010) Cyclophosphamide Basada V., degradation by and ozone under advaced oxydation process Darinka B.V., Comparison of H2O2/UV, conditions, IOA World Ozone Congress, [17] Kurbus T., Alenka H2O2/O3 and H2O2/Fe M.L.M., 2+ processes for Strasbourg, (2005) the decolorisation of vinylsulphone [23] Kiwi, J., Lopez, A., and Nadtochenko, reactive dyes, Dyes and Pigments, 58, V., Mechanism and kinetics of the OH- 245–252, (2003) radical intervention during Fenton [18] Nothe T., Fahlenkamp H., and Clemens oxidation in the presence of a significant V.S., Ozonation of Wastewater: Rate of amount of radical scavenger (Cl–), Ozone consumption and hydroxylyield, Environmental Science & Technology, Environmental Science & Technology, 34, 2162–2168, (2000) 43, 5990–5995, (2009) [19] Konsowa Greenstock, C.L., Helman, W.P., and Ross, A.B., Critical wastewater containing dye by ozonation review of rate constants for reactions of in a bath bubble cloumm reactor, hydrated electrons, hydrogen atoms and Desalination, 158, 233–240, (2003) hydroxyl radicals (•OH/O•–) in aqueous [20] Olcay T., Isik K., Gülen E and Derin solution, Journal of Physical Chemical Color wastewaters, Decolorization G.U., of O., A.H., [24] Buxton, removal Water from Science textile and Technology, 34, 9–11, (1996) Reference Data, 17, 513–886, (1988) [25] Neta, P., Huie, R.E., and Ross, A.B., Rate constants for reactions for [21] Wolfe R.L., Stewart M.H., Liang S., inorganic radicals in aqueous solution, and McGuire M.J., Disinfection of Journal of Physical Chemical Reference model indicator organisms in a drinking Data, water pilot plant by using peroxone, Applied Environmental Microbiology, 55, 2230–2241, (1989) [22] Hernandez C., Fernandez L.A., Bataller M., Lopez A., Veliz E., Ledea O., [26] Trang 28 17, 1027–1247, (1988)