thí nghiệm fenton

Thí nghiệm Fenton Thực hiện phản ứng Fenton với tác nhân oxi hóa là H2O2 và chất xúc tác là phèn sắt FeSO4.7H2O Mẫu nước thải lấy từ hố thu gom nước thải Công ty TNHH Vietbo để tiến hành thí nghiệm a Mục tiêu thí nghiệm Xem xét khả xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp Oxy hóa nâng cao hệ Fenton H2O2/Fe2+ Xác định pH tối ưu Xác định hàm lượng và tỉ lệ tối ưu H 2O2 và phèn sắt (II) để xử lý COD và độ màu nước thải dệt nhuộm b Cơ chế trình Fenton Quá trình Fenton thường có giai đoạn:  Điều chỉnh pH thích hợp: quá trình Fenton thường diễn có hiệu quả cao khoảng pH thấp: pH = - 4, cao nhất khoảng pH = 2,8 Do đó, điều kiện xử lý nước thường gặp (pH = - ), quá trình xảy không hiệu quả Vì vậy, cần hạ pH nước xuống để đạt hiệu quả xử lý tối đa  Phản ứng Oxi hóa diễn ra: quá trình Oxi hóa, ion sắt hóa trị tác dụng với Hydrogen peoxit H2O2 sinh gốc tự Hydroxyl *OH gọi là phản ứng Fenton Fe2+ + H2O2 => Fe3+ + *HO + OHGốc *OH sau hình thành tham gia vào quá trình oxi hóa các hợp chất hữu nước thải và chuyển hóa các hợp chất hữu có khối lượng phân tử cao thành các hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ dễ phân hủy CHC (cao phân tử) + *HO → CHC (thấp phân tử) + CO2 + H2O+ OH Trung hòa và keo tụ: sau xảy quá trình oxi hóa cần thực hiện nâng pH quá trình > để tiến hành kết tủa Fe3+ mới hình thành Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành thực hiện các chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ phần các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là các hợp chất hữu có khối lượng phân tử cao  Qúa trình lắng: sau thực hiện kết tủa Fe(OH) tạo lượng bùn kết tủa chứa rất nhiều sắt Bùn cặn này lắng và loại bỏ ngoài Việc loại bỏ lượng bùn này làm giảm đáng kể lượng COD và độ màu nước thải Nước thải sau qua quá trình Fenton lại chủ yếu là các hợp chất hữu dễ phân hủy xử lý bổ sung các công trình phía sau Những nhân tố ảnh hưởng đến trình Fenton:  Độ pH: độ pH ảnh hưởng rất lớn đến độ phân hủy và nồng độ Fe 2+, từ đó ảnh hưởng đến độ phản ứng và phân hủy các hợp chất hữu Phản ứng Fenton xảy thuận lợi pH = – 5, đạt tốc độ cao nhất khí pH nằm khoảng hẹp dưới  Tỉ lệ Fe2+/H2O2: nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+/H2O2 có ảnh hưởng đến sự tạo thành và sự mất gốc hydroxyl tồn tỉ lệ Fe 2+/H2O2 tối ưu sử dụng Tỉ lệ này nằm khoảng rộng 0,3 – 1:10 mol/mol Tùy theo đối tượng chất cần xử lý mà có tỉ lệ thích hợp  Ảnh hưởng các anion vô cơ: Các ion CO 32-, HCO3- , Cl- tóm bắt gốc *OH làm giảm hiệu quả quá trình Fenton OH + CO32- → *CO3 + HO- * * OH + HCO3- → *HCO3 + HOOH + Cl- → *ClOH- * ( k = 4,2 × 10 mol −1 s −1 ) ( ( k = 1,5 × 10 mol −1 s −1 ) (k = 4,3 × 109 mol −1.s −1 ) - Phản ứng *OH và CO32- xảy nhanh nhiều so với HCO 3- Vì nên tăng pH cân CO32- - HCO3- chuyển dịch theo hướng tạo CO 32- gây bất lợi cho phản ứng - Các ion SO42-, NO3-, H2PO4- có thể tạo thành các phức chất không hoạt động với Fe(III) làm giảm hiệu quả quá trình Fenton  Ảnh hưởng nhiệt độ - Các phản ứng Fenton thường xảy nhiệt độ 20 ÷ 400C - Tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ, đặc biệt Khi nhiệt độ < 200C - Khi nhiệt độ lớn khoảng 40 ÷ 500C, hiệu suất sử dụng H2O2 giảm sự phân hủy H2O2 tăng  Ảnh hưởng thời gian phản ứng - Thời gian phản ứng phụ thuộc vào lượng xúc tác và mức độ ô nhiễm nước thải - Đối với oxi hóa phenol đơn giản (Vậy, pH= là pH tối ưu để thực hiện phản ứng Fenton đối với nước thải Công ty TNHH VietBo  Thí nghiệm B.1.2 Xác định hàm lượng phèn sắt FeSO4.7H2O tối ưu Bước 1: Điều chỉnh pH nước thải pH = là pH tối ưu thí nghiệm dung dịch acid H2SO4 10% Lấy beaker thủy tinh 1000 ml, cho vào beaker 400 ml nước thải Bước 2: Thêm phèn sắt (FeSO 4.7H2O) 10% dao động ứng với các tỷ lệ Fe 2+ / H2O2 sau: 0, 10 ; 0, 10 ; 0, 0, 10 10 ; ; 0, 10 ; 0,8 10 Vậy phèn sắt (FeSO4.7H2O) dao động ứng với các giá trị sau: ml; ml; 10 ml, 12 ml; 14 ml; 16 ml vào beaker nước thải có thể tích beaker là 400 ml Đánh dấu thứ tự các beaker theo giá trị phèn nhận beaker Bước 3: H2O2 châm từ từ với hàm lượng 5ml vào 400 ml nước thải Bước 4: Khuấy hỗn hợp máy khuấy với tốc độ 60 vòng/phút, thời gian phản ứng là 60 phút Bước 5: Sau phản ứng, quá trình trung hòa thực hiện dung dịch NaOH, đưa pH nước thải sau phản ứng Fenton pH = để kết tủa ion Fe 3+ Bước 6: Ở giai đoạn cuối quá trình xử lý Fenton, bùn đặc lắng khoảng thời gian 30 phút Bước 7: Lấy phần nước tiến hành phân tích COD và độ màu Bước 8: So sánh kết quả, lượng phèn sắt tối ưu ứng với nồng độ COD và độ màu lại nước thải thấp nhất Ghi nhận lượng phèn tối ưu và tỷ lệ Fe 2+ / H2O2 tối ưu Kết quả xác định lượng phèn tối ưu theo bảng 4.12 Bảng 4.3:Kết quả xác định lượng phèn tối ưu Fenton nước thải đầu vào Đơn vị Lượng phèn 6ml Lượng phèn 8ml Lượng phèn 10ml Lượng phèn 12ml Lượng phèn 14ml Lượng phèn 16ml COD mg/l 224 89,6 80 70,4 96 102,4 Độ màu Pt - Co 60,5 58,83 53,83 52,17 55,5 65,5 ST T Chỉ tiêu (Nguồn: Trung tâm công nghệ quản lý môi trường và tài nguyên,ĐH Nông Lâm, TPHCM, từ ngày 04/04/2010) Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện hàm lượng phèn xử lý COD tối ưu Fenton nước thải đầu vào Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện hàm lượng phèn xử lý độ màu tối ưu phản ứng Fenton nước thải đầu vào Nhận xét: Khi cố định các cốc pH = 5, hàm lượng H2O2 là ml, thay đổi hàm lượng phèn các cốc theo hình 4.16 hàm lượng phèn sắt phản ứng Fenton xử lý COD đạt hiệu quả cao nhất nằm khoảng từ ml đến 14 ml Trong đó, lượng phèn 12 ml hiệu quả xử lý COD nước thải là cao nhất Tại lượng phèn này, COD nước thải giảm xuống 70,4 mg/l, đạt hiệu suất là 88,83% Đây là lượng phèn tối ưu Đối với hiệu quả xử lý độ màu, từ điểm có lượng phèn là 10 ml đến 14 ml hiệu quả xử lý đạt cao nhất Trong đó, lượng phèn 12 ml hiệu quả xử lý độ màu đạt cao nhất Độ màu nước sau xử lý 52,17 Pt – Co, đạt hiệu suất là 96,64% =>Vậy, lượng phèn 12 ml là giá trị phèn tối ưu phản ứng Fenton đối với 400 ml nước thải Công ty TNHH VietBo tương ứng với tỷ lệ Fe 2+/ H2O2 = 0,6/10 (mol/mol)  Thí nghiệm B.1.3 Xác định hàm lượng hydro peoxit tối ưu Bước 1: Điều chỉnh pH nước thải pH= là pH tối ưu thí nghiệm dung dịch acid H2SO4 10% Lấy beaker thủy tinh 1000 ml, cho vào beaker 400 ml nước thải Bước 2: Thêm lượng phèn sắt (FeSO4.7H2O) 10% ứng với các giá trị thay đổi theo cốc dựa giá trị lượng phèn tối ưu xác định thí nghiệm là: ml; ml; 10 ml, 12 ml; 14 ml; 16 ml Bước 3: Thêm từ từ dung dịch H2O2 50% ứng với các giá trị thay đổi lượng phèn sắt (Fe2SO4.7H2O) 10% theo tỷ lệ FeSO4 : H2O2 phản ứng tối ưu thí nghiệm là Fe2+/ H2O2 = 0,6/10 (mol/mol) Lượng H2O2 tính toán tương ứng: 2,5 ml; 3,3 ml; 4,1 ml; ml; 5,8 ml; 6,6 ml Vậy lượng phèn sắt (Fe2SO4.7H2O) và H2O2 tương ứng sau: 10 12 14 2, 3, 4,1 5,8 ; ; ; ; 16 6, ; Bước 4: Khuấy hỗn hợp máy khuấy với tốc độ là 60 vòng/phút Thời gian phản ứng là 60 phút Bước 5: Sau phản ứng, quá trình trung hòa thực hiện dung dịch NaOH, đưa pHcủa nước thải sau phản ứng Fenton pH = để kết tủa ion Fe 3+ Bước 6: Ở giai đoạn cuối quá trình xử lý Fenton, bùn đặc lắng khoảng thời gian 30 phút Bước 7: Lấy phần nước tiến hành phân tích COD và độ màu Bước 8: So sánh kết quả, lượng H 2O2 tối ưu là mức có nồng độ COD và độ màu nước thải thấp nhất Kết quả xác định lượng H2O2 tối ưu theo bảng 4.13 Bảng 4.4:Kết quả hàm lượng H2O2 tối ưu Fenton nước thải đầu vào STT Chỉ tiêu Lượng Đơn vị H2O2 2,5ml COD mg/l Độ màu Pt - Co 144 60 Lượng H2O2 3,3ml Lượng H2O2 4,1ml Lượng H2O2 5ml 67,2 58 48 43 64 49 Lượn g H2O2 5,8ml 70,4 49,82 Lượng H2O2 6,6ml 92,8 55 (Nguồn: Trung tâm công nghệ quản lý môi trường và tài nguyên,ĐH Nông Lâm, TPHCM, từ ngày 04/04/2010) Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện hàm lựng H2O2 xử lý COD tối ưu Fenton nước thải đầu vào Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện hàm lượng H2O2 xử lý độ màu tối ưu phản ứng Fenton nước thải đầu vào Nhận xét: Khi cố định các cốc pH = 5, thay đổi lượng phèn và hàm lượng H 2O2 theo tỷ lệ Fe / H2O2 = 0,6/10 (mol/mol) các cốc theo hình 4.19 hàm lượng H 2O2 phản ứng Fenton xử lý COD đạt hiệu quả cao nhất nằm khoảng từ 3,3 ml đến ml 2+ Trong đó, lượng H2O2 4,1 ml hiệu quả xử lý COD nước thải là cao nhất Tại lượng phèn này, COD nước thải giảm xuống 48 mg/l, đạt hiệu suất là 92,38% Đây là lượng H2O2 tối ưu, ứng với lượng phèn là 10 ml Đối với hiệu quả xử lý độ màu, từ điểm có lượng phèn là 3,3 ml đến ml hiệu quả xử lý đạt cao nhất Trong đó, lượng phèn 4,1 ml hiệu quả xử lý độ màu đạt cao nhất Độ màu nước sau xử lý 43 Pt – Co, đạt hiệu suất là 97,23% =>Kết luận: Vậy pH = 5, hàm lượng phèn là 10 ml, hàm lượng H 2O2 là 4,1 ml, ứng với tỷ lệ Fe2+/ H2O2 = 0,6/10 (mol/mol) là các giá trị tối ưu phản ứng Fenton đối với 400 ml nước thải Công ty TNHH VietBo Lượng phèn FeSO4.7H2O cần sử dụng cho 1m3 nước thải : mFeSO4 = 1×1000 = 2500 g / m3 = 2,5kg / m3 0, VH 2O2 = Lượng H2O2 cần dùng cho 1m3 nước thải: 0, 0041×1000 = 10, 25l / m3 0, ... COD tối ưu thí nghiệm Fenton nước thải đầu vào Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện pH xử lý độ màu tối ưu phản ứng Fenton nước thải đầu vào Nhận xét: Theo hình 4.14, phản ứng Fenton xử lý... (FeSO4.7H2O) NaHSO3 Phương pháp tiến hành: B.1 Kết thí nghiệm Fenton nước thải đầu vào Trong đó COD đầu vào 630 mg/l, độ màu 1551 Pt - Co  Thí nghiệm B.1.1 Xác định pH tối ưu Bước : Lấy... phản ứng mất vài c Dụng cụ, hóa chất và thiết bị thí nghiệm Bảng 4.1:Danh sách các hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm Fenton STT 10 11 12 13 14 15 d Dụng cụ Số lượng Cốc thủy