Nghiên cứu các quá trình đông tụ và oxy hóa nâng cao fenton trong xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú Hòa Khánh

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Header Page of 126 TRẦN PHƯỚC GIANG Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI XUÂN VỮNG NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH ĐÔNG TỤ VÀ OXY HÓA Phản biện 1: GS.TS Đào Hùng Cường NÂNG CAO FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ Phản biện 2: PGS.TS Đặng Minh Nhật MÁY DỆT NHUỘM PHONG PHÚ HÒA KHÁNH Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số : 60 44 27 Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học Đại học Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 12 năm 2011 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2011 Footer Page of 126 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Header Page of 126 MỞ ĐẦU Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đề tài ñược thực phòng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng mẫu nước thải dệt nhuộm nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh Phương pháp nghiên cứu Khảo sát trình ñông tụ oxy hóa nâng cao Fenton phương pháp ño quang UV-VIS Chỉ số COD dung dịch ñược xác ñịnh phương pháp Bicromat Cr2O72-/Cr3+ Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Nghiên cứu trình keo tụ tạo oxy hóa Fenton ñể tìm giải pháp xử lý nước thải ñạt hiệu suất cao Kết cấu luận văn: Ngoài phần mở ñầu, kết luận kiến nghị, nội dung luận văn gồm chương: Chương Tổng quan Chương Thực nghiệm Chương Kết bàn luận CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 1.1.1 Sự phát triển ngành dệt giới Việt Nam 1.1.2 Công nghệ sản xuất nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm 1.1.3 Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm tác ñộng nước thải ñến môi trường 1.1.3.1 Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm 1.1.3.2 Tác ñộng nước thải ñến môi trường 1.2 THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 1.2.1 Khái quát thuốc nhuộm 1.2.2 Phân loại, ñặc ñiểm thuốc nhuộm 1.2.2.1 Phân loại theo cấu trúc hóa học Tính cấp thiết ñề tài Hiện vấn ñề xử lý nguồn nước ô nhiễm trình dệt nhuộm cần thiết Ước tính có 70.000.000 thuốc nhuộm ñược sản xuất hàng năm Trong trình nhuộm có ñến 12-15% tổng lượng thuốc nhuộm không phản ứng gắn màu, thất thoát theo nước thải sau nhuộm Theo quy ñịnh EU nay, thuốc nhuộm tổng hợp dựa benzindine, 3, 3’-dimethoxybenzidine 3, 3’-dimethylbenzidine ñã ñược phân loại chất gây ung thư, ñang vấn ñề nhức nhối cho xã hội ñòi hỏi phải có phương pháp hiệu ñể loại bỏ ñộc tính ñó Hiện nay, ñể xử lý nguồn nước thải từ trình dệt nhuộm, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác như: phương pháp sinh học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý Trong ñó bật việc xử lý nước thải trình ñông tụ oxy hóa nâng cao Quá trình ñông tụ làm giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất rắn hòa tan COD có nước thải Tuy nhiên, việc xử lý nước thải phương pháp ñông tụ cho hiệu chưa cao, trình xử tạo nhiều bùn Vì vậy, việc kết hợp trình ñông tụ trình oxy hóa nâng cao ñã ñược chọn ñể nâng cao hiệu xử lý Với lý trên, tiến hành ñề tài: “Nghiên cứu trình ñông tụ oxy hóa nâng cao Fenton xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” Mục ñích nghiên cứu - Nghiên cứu trình keo tụ tạo nước thải dệt nhuộm với chất keo tụ FeCl3/Bentonit Thuận Hải, FeCl3/Cacbon hoạt tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation - Nghiên cứu trình phân hủy chất ô nhiễm nước thải dệt nhuộm với tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV mặt trời Footer Page of 126 5 1.2.2.2 Phân loại theo ñặc tính áp dụng 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 1.3.1 Phương pháp sinh học 1.3.2 Phương pháp hóa lý 1.3.2.1 Lọc qua song chắn rác 1.3.2.2 Phương pháp ñông tụ keo tụ 1.3.2.3 Tuyển 1.3.2.4 Hấp phụ 1.3.2.5 Trao ñổi ion 1.3.3 Phương pháp ñiện hóa 1.3.4 Phương pháp hóa học 1.3.4.1 Phương pháp trung hòa 1.3.4.2 Phương pháp oxy hóa khử 1.3.5 Các trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) 1.3.5.1 Ozon 1.3.5.2 Ozon + H2O2 1.3.5.3 Ôxy hóa quang hóa 1.3.5.4 Phản ứng Fenton 1.3.5.5 Phản ứng Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời Fe(III)- oxalat hấp thụ ánh sáng mạnh bước sóng λ = 550 nm tạo gốc OH• với hiệu suất lượng tử cao FeIII(C2O4)33- + hν → Fe2+ + 2C2O42- + C2O4• − C2O4• − → CO2• − + CO2 CO2• − + FeIII(C2O4)33- → Fe2+ + CO2 + 3C2O42Từ ba phản ứng trên, thu gọn lại thành phản ứng sau: 2FeIII(C2O4)33- + hν → 2Fe2+ + 5C2O42- + 2CO2 Và Fe2+ ñược tạo thành phản ứng với H2O2 có dung dịch ñể tạo gốc OH• phản ứng Fenton Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH• Cơ chế phản ứng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời ñược tóm tắt sơ ñồ sau ñây: Header Page of 126 Footer Page of 126 CHƯƠNG - THỰC NGHIỆM 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu 2.2.2 Phương pháp chuẩn bị hóa chất 2.2.3 Phương pháp ño quang Cơ sở phương pháp dựa tính chất hấp phụ phần lượng ánh sáng dung dịch mang màu vùng quang phổ khả kiến Độ hấp thụ tuân theo ñịnh luật Lambert Beer: D = log( Io/I) = ε.l.C Trong ñó: D: ñộ hấp thụ ánh sáng Io, I: cường ñộ xạ ñiện từ trước sau ñi qua chất phân tích ε: hệ số hấp thụ, Lmol-1cm-1 l: chiều dày cuvet, cm C: nồng ñộ chất phân tích, mol.L -1 Máy UV-VIS quét từ miền phổ tử ngoại ñến miền phổ hồng ngoại Tại bước sóng mà dung dịch hấp thụ cực ñại gọi bước sóng cực ñại λmax ñược thể giá trị mật ñộ quang cực ñại Dmax Sau ñã xác ñịnh ñược λmax, ta xác ñịnh mật ñộ quang trước (Dt) mật ñộ quang sau (Ds) xử lý, từ ñó tính hiệu suất khử màu 2.2.4 Phương pháp xử lý keo tụ 2.2.5 Phương pháp xử lý Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 2.2.6 Phương pháp xác ñịnh COD 2.2.6.1 Nguyên tắc 2.2.6.2 Pha thuốc thử 2.2.6.3 Cách tiến hành 2.2.6.4 Tính kết COD nước thải ñược tính theo công thức: 2.2.7 Phương pháp ñánh giá hiệu xử lý 2.2.7.1 Hiệu suất khử màu Hiệu suất khử màu ñược tính theo công thức: Dt - Ds Hmàu (Dgiảm)= x 100% Dt Trong ñó Dt, Ds mật ñộ quang dung dịch trước sau xử lý 2.2.7.2 Hiệu suất khử COD Hiệu suất khử COD ñược tính theo công thức: CODt - CODs HCOD = x 100% CODt Trong ñó CODt, CODs COD dung dịch trước sau xử lý 2.2.8 Các thí nghiệm khảo sát trình ñông tụ 2.2.8.1 Khảo sát FeCl3/Bentonite Thuận Hải 2.2.8.2 Khảo sát FeCl3/C hoạt tính 2.2.8.3 Khảo sát FeCl3/Polime Anion (PA) 2.2.8.4 Khảo sát FeCl3/Polime Cation (PC) 2.2.9 Các thí nghiệm khảo sát hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 2.2.9.1 Khảo sát pH 2.2.9.2 Khảo sát nồng ñộ Fe3+ 2.2.9.3 Khảo sát nồng ñộ H2O2 2.2.9.4 Khảo sát nồng ñộ C2O42 − Header Page of 126 COD = (A - B).N.S.1000 V (mg/l) Trong ñó: A: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu trắng (ml) B: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu nước thải (ml) N: nồng ñộ dung dịch FAS (N) V: thể tích mẫu ñem phân tích (ml) S: ñương lượng gam oxy (g) Footer Page of 126 Header Page of 126 10 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3.1 Dung dịch nước thải ban ñầu số COD; BOD; TSS; TDS, ño hàm lượng số kim loại nặng có nước thải Các trình keo tụ ñược khảo sát với hệ sau: FeCl3/Bentonite Thuận Hải, FeCl3/C hoạt tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/Bentonite Thuận Hải 3.1.1.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng bentonit = 600 ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 600 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,2242 Kết ñược trình bày hình 3.5 Hình 3.2 Dung dịch nước thải keo tụ 1,4 25 20 0,8 15 0,6 10 % Mật ñộ quang 1,2 D %D 0,4 0,2 0 200 300 400 500 600 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.3 Nước thải ñã lọc sau Hình 3.4 Nước thải xử lý keo tụ Fenton 3.1 QUÁ TRÌNH KEO TỤ Trước thực trình keo tụ, phải tiến hành khảo sát tiêu ban ñầu nước thải như: mật ñộ quang D, pH, Footer Page of 126 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Kết hình 3.5 cho thấy việc tăng nồng ñộ FeCl3 làm hiệu suất hấp phụ màu giảm xuống Điều giải thích tăng nồng ñộ FeCl3 kết tủa Fe(OH)3 hình thành nhiều hơn, kéo chất rắn lơ lửng xuống làm cho khả hấp phụ màu bentonite bị giảm xuống Do ñó nồng ñộ FeCl3 = 300 ppm cho hiệu suất phân hủy màu tốt 3.1.1.2 Khảo sát Bentonit Thuận Hải Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 = 300 ppm, nồng ñộ bentonit thay ñổi từ 300 ppm ñến 1000 ppm Giá 11 12 trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,1238 Kết ñược trình bày hình 3.6 Khi mà giá trị pH thấp mang ñiện tích dương, pH cao mang ñiện tích âm Sự thủy phân mang ñiện tích dương hấp thụ bề mặt hạt keo làm tính ổn ñịnh Cơ chế ñược gọi trung hòa ñiện tích Khi nồng ñộ FeCl3 tăng lên kết tủa Fe(OH)3 ñược hình thành quét hạt keo dung dịch tạo thành hạt lớn lắng xuống Kết luận: Khảo sát trình ñông tụ với FeCl3/Bentonit Thuận Hải thu ñược kết tốt là: pH=7, FeCl3 = 300 ppm, bentonit Thuận Hải = 800 ppm, %D = 25,80% 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/C hoạt tính 3.1.2.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng C hoạt tính cho vào cốc 400 ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 100 ppm ñến 500 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3218 Kết ñược trình bày hình 3.8 25 0,8 20 0,6 15 0,4 10 0,2 D %D 300 400 600 800 1000 Nồng ñộ (mg/l) 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 30 25 20 15 % Mật ñộ quang Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng ñộ Bentonit Kết hình 3.6 cho thấy việc tăng nồng ñộ Bentonit làm hiệu suất hấp phụ màu tăng lên Điều giải thích tính chất quan trọng Bentonit – tính chất hấp phụ, tăng nồng ñộ bentonit làm tăng khả hấp phụ hợp chất hữu mang màu Việc sử dụng kết hợp FeCl3 bentonit góp phần nâng cao hiệu xử lý, ñó FeCl3 chất keo tụ bentonit ñóng vai trò chất trợ keo tụ Bentonit có nhiệm vụ hấp phụ chất màu, FeCl3 thủy phân tạo kết tủa Fe(OH)3, quét hạt keo dung dịch tạo thành hạt lớn lắng xuống Nồng ñộ bentonit 800 ppm ñược chọn cho trình xử lý 3.1.1.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 = 300 ppm, bentonit = 800 ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3072 Kết ñược trình bày hình 3.7 10 10 pH Hình 3.7 Ảnh hưởng pH Footer Page of 126 D %D 1,4 40 1,2 35 30 25 0,8 20 0,6 % 30 Mật ñộ quang 1,2 % M ật ñộ quang Header Page of 126 D %D 15 0,4 10 0,2 0 100 200 300 400 500 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Khi lượng FeCl3 cho vào chưa ñủ ñể phá vỡ hoàn toàn ñộ bền hệ huyền phù → Khả kết dính hạt huyền phù nước thải Fe(OH)3 hạn chế, ñó nước ñục Nếu lượng FeCl3 cho vào vượt liều cần thiết ñể trung hòa ñiện tích huyền phù gây bẩn, lúc tương tác hạt huyền phù gây bẩn hydroxit tạo thành mà ñiện tích hạt keo thay ñổi từ âm sang dương 14 30 25 0,8 20 0,6 15 0,4 D %D 10 0,2 0 200 300 400 500 600 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.9 Ảnh hưởng C hoạt tính Kết hình 3.9 cho thấy việc tăng nồng ñộ C hoạt tính làm hiệu suất hấp phụ màu tăng lên, ñiều giải thích C hoạt tính có diện tích bề mặt lớn, diện tích bề mặt than hoạt tính tính ñơn vị khối lượng từ 500 ñến 2500 m2/g Với diện tích bề mặt lớn phần lớn vết rỗng – mao quản vi mạch C hoạt tính ñều có tính hấp phụ mạnh, ñó chất hữu mang màu bị hấp phụ theo lỗ rỗng cacbon khuếch tán bề mặt, sau ñó ñược hấp phụ bề mặt cacbon Việc sử dụng kết hợp với FeCl3 nâng cao hiệu xử lý, kết tủa Fe(OH)3 quét hạt keo dung dịch tạo thành hạt lớn lắng xuống sau trình hấp phụ xảy 3.1.2.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào cốc 400 ppm, C hoạt tính 500 ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,1630 Kết ñược trình bày hình 3.10 Footer Page of 126 30 1,1 25 20 15 D % 1,05 %D 10 0,95 0,9 10 pH Hình 3.10 Ảnh hưởng pH Kết hình 3.10 cho thấy giá trị pH=7 hiệu suất phân hủy màu tốt (38,56%) Điều ñược giải thích tương tự khảo sát Bentonit Kết luận: Khảo sát trình ñông tụ với FeCl3/C hoạt tính thu ñược kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính = 500 ppm, %D = 38,56% 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/Polime Anion (PA) 3.1.3.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime anion cho vào cốc ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 1000 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,2045 Kết ñược trình bày hình 3.11 1,2 50 45 40 35 0,8 30 0,6 25 % 35 1,15 Mật ñộ quang 1,2 % Mật ñộ quang (hiện tượng ñảo dấu ñiện tích) hệ huyền phù bền trở lại, nước ñục Việc sử dụng kết hợp FeCl3 với C hoạt tính ñã góp phần nâng cao hiệu xử lý, làm giảm chi phí hóa chất keo tụ 3.1.2.2 Khảo sát C hoạt tính Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào cốc 300 ppm, nồng ñộ cacbon hoạt tính thay ñổi từ 200 ppm ñến 600 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,1862 Kết ñược trình bày hình 3.9 M ật ñộ quang 13 Header Page of 126 D %D 20 0,4 15 10 0,2 0 200 400 600 800 1000 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Kết hình 3.11 cho thấy tăng nồng ñộ FeCl3 hiệu suất hấp phụ màu tăng lên ñạt hiệu tốt nồng ñộ FeCl3 = 800 ppm (44,90 %) Tuy nhiên nồng ñộ FeCl3 tăng cao 15 16 hiệu suất hấp phụ màu bắt ñầu giảm, nồng ñộ FeCl3 = 1000 ppm hiệu suất bắt ñầu giảm (42,32 %) Lúc tương tác hạt huyền phù gây bẩn hydroxit tạo thành mà ñiện tích hạt keo thay ñổi từ âm sang dương hệ huyền phù bền trở lại 3.1.3.2 Khảo sát Polime Anion Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, nồng ñộ polime anion thay ñổi từ ppm ñến ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3103 Kết ñược trình bày hình 3.12 3.1.3.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, polime anion ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,2981 Kết ñược trình bày hình 3.13 1,2 45 % Mật ñộ quang % 30 0,6 D %D 20 10 30 25 40 0,8 35 0,6 50 0,2 40 0,8 60 1,2 0,4 50 1,4 Mật ñộ quang Header Page of 126 D 10 pH %D 20 0,4 15 10 0,2 0 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng ñộ Polime Anion Kết hình 3.12 cho thấy tăng nồng ñộ polime lên hiệu suất hấp phụ màu bắt ñầu giảm xuống Mật ñộ ñiện tích khối lượng phân tử polime ñóng vai trò quan trọng trình keo tụ Ngoài tương tác ñặc thù polime hạt keo xảy nhóm chức polime với trung tâm hoạt ñộng bề mặt chất rắn lơ lửng Trong trình ñó, chất trợ keo tụ có vai trò phá vỡ tính bền hạt keo, giúp trình liên kết hạt ñã tính bền lại với Do lực hấp phụ có tính cộng hợp nên tương tác polime hạt keo tốt làm cho trình lắng dễ dàng Tuy nhiên nồng ñộ cao ñộ nhớt dung dịch tăng, polime bao bọc hạt keo lại làm tái ổn ñịnh hệ keo dẫn ñến hiệu suất khử màu bị giảm Footer Page of 126 Hình 3.13 Ảnh hưởng pH Kết hình 3.13 cho thấy giá trị pH=7 pH=8 hiệu suất phân hủy màu cao với giá trị 48,00% 45,24% Tuy nhiên pH tăng lên ñộ bền keo giảm, keo tụ nhỏ dẫn ñến hiệu xử lý giảm Kết luận: Khảo sát trình ñông tụ với FeCl3/Polime Anion thu ñược kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 48 % 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng FeCl3/Polime Cation (PC) 3.1.4.1 Khảo sát FeCl3 Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime cation cho vào cốc ppm, nồng ñộ FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 1000 ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3238 Kết ñược trình bày hình 3.14 50 0,8 40 0,6 30 0,4 20 0,2 10 D %D 200 400 600 800 1000 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.14 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Kết hình 3.14 cho thấy tăng nồng ñộ FeCl3 hiệu suất khử màu tăng, nhiên ñến khoảng nồng ñộ ñịnh hiệu xử màu ổn ñịnh Do ñó nồng ñộ 800 ppm ñược chọn ñể xử lý 3.1.4.2 Khảo sát Polime Cation Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, nồng ñộ polime cation thay ñổi từ ppm ñến ppm Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3238 Kết ñược trình bày hình 3.12 ñịnh hạt keo nhờ vào chế hấp phụ trung hòa ñiện tích Ngoài hỗ trợ polime cation liên kết bắt cầu hấp phụ polime lên cạnh riêng bề mặt hạt keo chất keo tụ, kết hạt keo bị lắng xuống màu bị giảm ñi Do ñó, nồng ñộ ppm ñược chọn ñể khảo sát 3.1.4.3 Khảo sát pH Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào cốc 800 ppm, polime cation ppm, pH thay ñổi từ ñến 10 Giá trị mật ñộ quang ban ñầu D0=1,3238 Kết ñược trình bày hình 3.16 1,4 60 1,2 50 40 0,8 30 0,6 50 0,8 40 0,6 30 0,4 20 0,2 10 D %D Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.15 Ảnh hưởng nồng ñộ FeCl3 Kết hình 3.15 cho thấy nồng ñộ ppm ppm hiệu suất hấp phụ màu tốt ñạt hiệu suất 51,05% 52,32% Polime cation loại polime hòa tan dung dịch ion hóa thành cation tạo nên lớp ñiện tích dương xung quanh phân tử polime, lớp ñiện tích dương góp phần trung hòa hạt keo mang ñiện âm dung dịch Chất keo tụ FeCl3 làm tính ổn Footer Page of 126 %D 10 0,2 0 10 pH % Mật ñộ quang 60 D 20 0,4 1,2 % 60 Mật ñộ quang 1,2 % Mật ñộ quang 18 17 Header Page of 126 Hình 3.16 Ảnh hưởng pH Kết hình 3.17 cho thấy giá trị pH=8 hiệu suất phân hủy màu cao (53,64%) Kết có ảnh hưởng tốt ñến trình xử lý nước thải phương pháp keo tụ, nước thải dệt nhuộm có giá trị pH cao (khoảng 9-14), ñó xử lý keo tụ pH=8 tiết kiệm ñược nhiều hóa chất Kết luận: Khảo sát trình ñông tụ với FeCl3/Polime Cation thu ñược kết tốt là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime cation = ppm, %D = 53,64 % Sau khảo sát trình trên, chọn trình ñông tụ FeCl3/Polime Cation ñể tiếp tục xử lý phương pháp oxy hóa nâng cao 19 20 Bảng 3.13 Các thông số nước thải ñầu vào ñầu sau ñông tụ với FeCl3/Polime Cation Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải Nước thải QCVN ñầu vào ñầu 13:2008, cột B COD BOD TSS TDS mg/L mg/L mg/L mg/L 1476 75 316 6540 554 27 98 1230 150 50 100 1000 Fe mg/L 0,527 0,213 Cu mg/L 0,0411 0,0360 Cr(III) mg/L 0,1662 0,0778 Từ kết bảng 3.13 ta thấy, số BOD, TSS số kim loại nặng nước thải ñầu sau keo tụ FeCl3/Polime Cation ñã ñạt tiêu chuẩn cột B tài nguyên môi trường Tuy nhiên, số COD cao nước thải ñược tiếp tục xử lý phương pháp oxy hóa nâng cao 3.2 QUÁ TRÌNH FE(III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 100 90 80 % 70 60 50 40 30 10 15 20 25 30 Thời gian (phút) pH=3 pH=4 pH=6 pH=7 pH=5 Hình 3.18 Đồ thị thể ảnh hưởng pH ñến hiệu suất xử lý màu (%) Footer Page 10 of 126 80 70 60 50 % COD Header Page 10 of 126 pH=4 40 pH=5 pH=6 30 20 10 10 20 30 Thời gian (phút) Hình 3.19 Đồ thị thể ảnh hưởng pH ñến hiệu suất xử COD (%) Từ hình 3.18 3.19 cho thấy phân hủy màu tăng dần pH tăng từ ñến sau ñó giảm xuống pH=7, hiệu suất phân hủy màu tốt pH=5 Và hiệu suất COD ñạt giá trị cao 71,19 % pH=5 Điều ñược giải thích sau: Tại pH thấp xảy phản ứng khử gốc HO•, ion H+ theo phản ứng: HO• + H+ + e → H2O sản sinh gốc HO•, làm giảm tốc ñộ phân hủy Hơn nữa, pH thấp phức oxalate tồn chủ yếu dạng FeIII(C2O4)+ nên khả quang hoạt nên hiệu xử lý Ở pH = phức oxalate tồn chủ yếu dạng FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)33− có tính quang hoạt cao, ñó gốc tự HO• ñược tạo nhiều nên hiệu xử lý cao hai phản ứng sau: FeIII(C2O4)2− + hν → Fe2+ + C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1) FeIII(C2O4)33− + hν → Fe2+ + 2C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1) Ở pH hoạt ñộng > tốc ñộ phân hủy bị giảm mạnh ion sắt tự bị giảm dung dịch tạo thành kết tủa Fe(OH)3 làm ngăn cản tái sinh ion Fe2+ Như vậy, xử lý nước thải hệ Fenton Fe(III)-Oxalat có hiệu cao khoảng pH = 4-5 ( so với Fenton cổ ñiển pH= 2-4), ñó xử lý ñiều kiện tiết kiệm ñược hóa chất 22 21 Header Page 11 of 126 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng H2O2 100 90 H2O2=5 mM 80 % H2O2=10 mM H2O2=15 mM 70 Ngoài việc dư H2O2 nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh hưởng ñến môi trường sống vi sinh sử dụng phương pháp trước phương pháp xử lí vi sinh Vì [H2O2]o phù hợp nghiên cứu 15 mM 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng Fe3+ H2O2=20 mM 60 100 H2O2=25 mM 90 50 10 15 20 25 30 80 Fe3+=0,1mM Thời gian (phút) Fe3+=0,3mM % Hình 3.20 Đồ thị thể ảnh hưởng [H2O2]o ñến hiệu suất xử lý màu (%) 70 Fe3+=0,5mM Fe3+=0,7mM Fe3+=0,9mM 60 50 80 70 40 60 10 15 20 25 30 Thời gian (phút) 50 % H2O2=5 mM H2O2=15 mM 40 H2O2=25 mM 30 20 10 Hình 3.22 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o ñến hiệu suất xử lý màu (%) 80 10 20 30 Thời gian (phút) Footer Page 11 of 126 60 50 % COD Hình 3.21 Đồ thị thể ảnh hưởng [H2O2]o ñến hiệu suất xử COD (%) Kết từ hình 3.20 3.21 cho thấy việc tăng [H2O2]o làm hiệu suất phân hủy màu tăng lên, nhiên ñến nồng ñộ ñịnh hiệu suất bắt ñầu giảm Hiệu suất COD tăng nhanh ñạt giá trị cao 72,92% nồng ñộ 15 mM sau 30 phút xử lý Nguyên nhân tăng nồng ñộ H2O2 làm tạo nhiều gốc HO• phản ứng: Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH• Nhưng lượng H2O2 dư nhiều có phản ứng H2O2 với gốc HO• vừa sinh theo phản ứng: HO + H2O2 → H2O + HO2 HO + HO2 → H2O + O2 70 Fe3+=0,1mM 40 Fe3+=0,5mM Fe3+=0,9mM 30 20 10 10 20 30 Thời gian (phút) Hình 3.23 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o ñến hiệu suất xử COD (%) Các kết hình 3.22 3.23 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu COD có xu hướng tăng tăng [Fe3+], tăng 0.5 mM hiệu xử lý tăng không ñáng kể Đó việc tăng [Fe3+] làm tăng số lượng gốc HO• ñược tạo thành, 23 24 [Fe3+] tăng lên ñủ lớn có lượng gốc tự HO• ñược hình thành phản ứng với Fe2+ phản ứng sau: HO + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1) 3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng C2O42 − Các kết hình 3.24 3.25 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu ñạt ñược 100 % nồng ñộ 10 mM 15 mM sau 15 phút xử lý, hiệu suất COD ñạt giá trị cao 81,07% sau 30 phút xử lý Như oxalat vai trò quan trọng xử lý nước thải ánh sáng mặt trời Nếu dùng hệ Fenton Fe(III) mà oxalat việc tạo gốc tự HO chậm xảy theo phản ứng sau: Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+ (k=3.1×10-3 M-1s-1 ) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO(k=53 M-1s-1) Nếu tăng nồng ñộ oxalat lên nồng ñộ FeII(C2O4) tăng lên, ñó FeII(C2O4) bị oxy hóa H2O2 với số tỉ lệ k = × 104 M-1s-1 nên gốc HO ñược tạo nhiều theo phản ứng sau: FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)+ + HO + HO- ( k = × 104 M-1s-1) Mặt khác, nồng ñộ oxalat cho vào phức Fe(III)oxalat chủ yếu tồn dạng FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2− ñó khả quang hoạt thấp Khi nồng ñộ oxalat lên FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2− bị chuyển thành FeIII(C2O4)33− quang hoạt tốt xảy theo phản ứng sau: (k=3.31×106 M-1 ) FeIII(C2O4)+ + C2O42− → FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)2− + C2O42− → FeIII(C2O4)33− (k=2.75×104 M-1 ) Ngoài phức oxalat có khả quang hoạt cao ñiều kiện ánh sáng mặt trời, nguyên nhân sắt oxalat có hệ số hấp thụ phân tử cao bước sóng dài ( λ = 550 nm) tạo gốc HO với hiệu suất lượng tử cao Như vậy, oxalat ñóng vai trò quan trọng việc tạo gốc HO , phức Fe(III) - oxalat bị quang hóa tốt so với Fe(III), phức Fe(II) - oxalat bị oxy hóa tốt Fe(II) ñặc biệt phức oxalat có khả quang hóa tốt ánh sáng mặt trời Header Page 12 of 126 100 90 [C2O4]2 =5mM 80 % [C2O4]2 =10mM [C2O4]2 =10mM [C2O4]2 =20mM 70 [C2O4]2 =20mM 60 50 10 15 20 25 30 Thời gian (phút) Hình 3.24 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O42 −]o ñến hiệu suất xử lý màu (%) 80 70 60 % COD 50 [C2O4]2 =5mM 40 [C2O4]2 =15mM [C2O4]2 =25mM 30 20 10 10 20 30 Thời gian (phút) Hình 3.25 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O4]o ñến hiệu suất xử COD (%) Footer Page 12 of 126 25 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ lượng mặt trời tự nhiên, góp phần giải tình trạng lượng ngày cạn kiệt tiết kiệm ñược nhiều chi phí xử lý - Chất xúc tác Fenton hệ Fe(III)-Oxalat có chi phí thấp, khoảng pH xử lý hiệu rộng so với trình Fenton thông thường, ñó tiết kiệm ñược nhiều hóa chất Header Page 13 of 126 KẾT LUẬN Sau thời gian thực ñề tài: “Nghiên cứu trình ñông tụ oxy hóa nâng cao Fenton xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” rút ñược số kết luận sau: a) Quá trình ñông tụ Các yếu tố ảnh hưởng ñến phân hủy màu nước thải dệt nhuộm thu ñược kết là: - FeCl3/Bentonit Thuận Hải: pH = 7, FeCl3 = 300 ppm, Bentonit Thuận Hải = 800 ppm, %D = 25,80% - FeCl3/C hoạt tính thu ñược kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính = 500 ppm, %D = 38,56% - FeCl3/Polime Anion thu ñược kết tốt là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 48 % - FeCl3/Polime Cation thu ñược kết tốt là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 53,64 % Với hiệu suất phân hủy màu tốt nhất, hệ FeCl3/Polime Cation ñã ñược chọn ñể xử lý oxy hóa nâng cao Fenton b) Quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời Điều kiện tốt cho việc xử lý nước thải ánh sáng mặt trời pH=5, [H2O2]o= 15 mM, [Fe3+]o= 0, mM, [C2O42 −]o = 10 mM hiệu suất phân hủy màu gần hoàn toàn ñộ giảm COD khoảng 73,07 sau 30 phút xử lý KIẾN NGHỊ - Nghiên cứu ñã khẳng ñịnh ñược ưu kết hợp trình ñông tụ oxy hóa nâng cao Fenton trình xử lí nước thải ô nhiễm, ñặc biệt tận dụng hiệu ñược nguồn Footer Page 13 of 126  ... chưa cao, trình xử tạo nhiều bùn Vì vậy, việc kết hợp trình ñông tụ trình oxy hóa nâng cao ñã ñược chọn ñể nâng cao hiệu xử lý Với lý trên, tiến hành ñề tài: Nghiên cứu trình ñông tụ oxy hóa nâng. .. vi nghiên cứu Đề tài ñược thực phòng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng mẫu nước thải dệt nhuộm nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh Phương pháp nghiên cứu Khảo sát trình ñông tụ oxy hóa nâng cao. .. pháp oxy hóa khử 1.3.5 Các trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) 1.3.5.1 Ozon 1.3.5.2 Ozon + H2O2 1.3.5.3 Ôxy hóa quang hóa 1.3.5.4 Phản ứng Fenton 1.3.5.5 Phản ứng Fenton