Nghiên cứu xử lý hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm bằng hệ oxy hóa nâng cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI HOÀNG THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG HỆ OXI HÓA NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI HOÀNG THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG HỆ OXI HÓA NÂNG CAO Chuyên ngành: Hóa học phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Bích Ngân HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án kết nghiên cứu cá nhân Các số liệu tài liệu trích dẫn luận án trung thực Kết nghiên cứu không trùng với công trình công bố trước Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Hoàng Thị Thu Hường LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành môn Hoá Phân tích, Hóa Công nghệ - Môi trường, Khoa Hoá học – Đại học Sư phạm Hà Nội Sau thời gian tiến hành nghiên cứu mình, hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu xử lý hợp chất hữu nước thải dệt nhuộm hệ oxi hóa nâng cao” hướng dẫn, bảo TS Nguyễn Bích Ngân thầy cô, anh chị, bạn môn Hóa Phân tích - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn tới TS Nguyễn Bích Ngân người giao đề tài tận tình dẫn trình hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Hồ Phương Hiền giúp đo đạc máy quang phổ UV – Vis, thầy cô, anh chị bạn môn Hóa Phân tích, Hóa Công nghệ - Môi trường, lớp cao học K24 tạo điều kiện, giúp đỡ thời gian thực đề tài Trong trình thực luận văn này, nỗ lực cố gắng không tránh khỏi thiếu sót, kính mong ý kiến bảo quý thầy cô Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 06 năm 2017 Học viên Hoàng Thị Thu Hường MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG SINH THÁI 1.1.1 Giới thiệu chung ngành dệt nhuộm ô nhiễm môi trường 1.1.2 Thuốc nhuộm 1.1.3 Đặc tính nguồn thải 11 1.1.4 Tác hại việc ô nhiễm thuốc phiện 13 1.2.MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 15 1.2.1 Phương pháp hóa lý 15 1.2.2 Phương pháp sinh học 19 1.2.3 Phương pháp điện hóa 20 1.2.4 Phương pháp xử lý thực vật bậc cao 20 1.2.5 Phương pháp hóa học 21 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA NÂNG CAO (AOPs) Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 27 1.4 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HỢP CHẤT HỮU CƠ BẰNG SẮT KIM LOẠI KÉT HỢP VỚI MUỐI PESUNFAT 29 1.4.1 Sơ lược sắt kim loại 29 1.4.2 Muối amoni pesunfat 30 1.4.3 Ứng dụng sắt kim loại để xử lý hợp chất vòng thơm 31 1.4.4 Cơ chế phản ứng sắt kim loại kết hợp với muối pesunfat 32 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 34 2.1 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 34 2.2 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 34 2.2.1 Dụng cụ thiết bị 34 2.2.2 Hóa chất 35 2.2.3 Chuẩn bị dung dịch 35 2.3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH COD 37 2.4 XÁC ĐỊNH COD Ở MẪU NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 37 2.5 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XANH METYLEN38 2.6 ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG VÀ KIỂM TRA ĐƯỜNG CHUẢN CỦA XANH METYLEN 38 2.6.1 Kiểm tra độ xác đường chuẩn mẫu tự tạo 39 2.7 XỬ LÝ XANH METYLEN BẰNG SẮT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI MUỐI PESUNFAT 39 2.7.1 Khảo sát khả khuấy trộn tới trình xử lý xanh metylen 39 2.7.2 Khảo sát ảnh hưởng pH tới trình xử lý xanh metylen 40 2.7.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tới trình xử lý xanh metylen 40 2.7.4 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng sắt tới trình xử lý xanh metylen 41 2.7.5 Khảo sát ảnh hưởng thể tích muối kalipesunfat tới trình xử lý xanh metylen 41 2.7.6 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ xanh metylen đến trình xử lý 42 2.8 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ MẪU NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM TẠI LÀNG NGHỀ DỆT NHUỘM – VẠN PHÚC – HÀ ĐÔNG 42 2.8.1 Mô tả mẫu 42 2.8.2 Xác định giá trị pH CODđầu mẫu nước thải dệt nhuộm 42 2.8.3 Nghiên cứu khả xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Đông, Hà Nội 43 2.9 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT TRONG PHOI SẮT 45 2.10 XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHOI SẮT KẾT HỢP MUỐI PESUNFAT 45 2.10.1 Xử lý xanh metylen phoi sắt kết hợp với muối pesunfat 45 2.10.2 Xử lý nước thải dệt nhuộm phoi sắt kết hợp với muối pesunfat 46 2.11 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 46 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1.XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XANH METYLEN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ HẤP THỤ UV - VIs 47 3.1.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ tối ưu dung dịch xanh metylen 47 3.1.2 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng xanh metylen pH = 47 3.1.3 Kiểm tra đường chuẩn 49 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH XỬ LÝ XANH METYLEN BẰNG SẮT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI MUỐI PESUNFAT 51 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng sử khuấy trộn tới trình chuyển hóa xanh metylen 51 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH tới trình chuyển hóa xanh metylen 53 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian tới trình xử lý xanh metylen sắt kim loại kết hợp với muối pesunfat 55 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng Fe tới trình xử lý xanh metylen 56 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ muối kalipesunfat 58 3.2.6 Ảnh hưởng nồng độ xanh metylen đến hiệu suất xử lý 60 3.2.7 Tổng hợp điều kiện thực nghiệm tối ưu trình xử lý xanh metylen sắt kim loại kết hợp với muối kalipesunfat 62 3.3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH COD 62 3.4.QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM (LÀNG VẠN PHÚC – HÀ ĐÔNG) BẰNG SẮT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI MUỐI PESUNFAT 63 3.4.1 Kháo sát trình xử lý nước thải dệt nhuộm sắt bột kim loại kết hợp với muối pesunfat 63 3.4.2 Xử lý mẫu VP3 65 3.4.3 Xử lý mẫu VP4 67 3.4.4 Xử lý mẫu VP5 68 3.5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHOI SẮT KẾT HỢP MUỐI PESUNFAT 70 3.5.1 Xác định hàm lượng sắt có mặt phoi sắt 70 3.5.2 Xử lý mẫu tự tạo phoi sắt kết hợp với muối kalipesunfat 71 3.5.3 Xử lý nước thải dệt nhuộm phoi sắt kết hợp với muối pesunfat 71 KẾT LUẬN 73 KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ! DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổn thất thuốc nhuộm nhuộm loại xơ sợi 12 Bảng 1.2 Nồng độ thuốc nhuộm nước sông kết thuốc nhuộm thải loại công nghiệp dệt nhuộm 13 Bảng 2.1 Xây dựng đường chuẩn COD 37 Bảng 2.2.Các thể tích ddo cần lấy để chuẩn bị dd1 ÷ dd6 38 Bảng 2.3 Giá trị mật độ quang dung dịch xanh metylen sau khoảng thời gian phản ứng với bột sắt muối kali pesunfat, dung dịch khuấy trộn không khuấy trộn để so sánh 40 Bảng 2.4 Giá trị mật độ quang dung dịch xanh metylen sau khoảng thời gian phản ứng với bột sắt muối kali pesunfat pH khác 40 Bảng 2.5 Giá trị mật độ quang dung dịch xanh metylen sau khoảng thời gian phản ứng với bột sắt muối kali pesunfat với hàm lượng sắt khác 41 Bảng 2.6 Giá trị mật độ quang dung dịch xanh metylen sau khoảng thời gian phản ứng với bột sắt muối kali pesunfat với nồng độ K2S2O8 khác 41 Bảng 2.7 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng sắt kim loại đến hiệu xử lý mẫu nước thải (pha loãng lần) .43 Bảng 2.8 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ kali pesunfat đến hiệu xử lý mẫu nước thải (pha loãng lần) .44 Bảng 3.1 Nồng độ xanh metylen với giá trị mật độ quang tương ứng, pH = 47 Bảng 3.2 Kết đánh giá độ xác đường chuẩn 49 Bảng 3.3 Nồng độ xanh metylen (mg/l) lại (CMB) hai trình có khuấy trộn không khuấy trộn 52 Bảng 3.4 Giá trị nồng độ xanh metylen lại (CMB) giá trị pH khác 53 Bảng 3.5 Khảo sát phụ thuộc nồng độ xanh metylen theo thời gian xử lý sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat, pH = 55 Bảng 3.6 Nồng độ xanh metylen lại (CMB) sau khoảng thời gian xử lý với hàm lượng sắt kim loại khác 57 Bảng 3.7 Nồng độ xanh metylen lại (CMB) sau khoảng thời gian xử lý với nồng độ K2S2O8 khác .58 Bảng 3.8 Hiệu suất trình xử lý 0,2 g/l Fe K2S2O8 2,5mM với nồng độ xanh metylen ban đầu khác 60 Bảng 3.9 Các giá trị COD với giá trị mật độ quang tương ứng .62 Bảng 3.10 Hàm lượng COD ban đầu mẫu thực tế lấy làng nghề Vạn Phúc – Hà Đông 64 Bảng 3.11 Hiệu suất xử lý COD mẫu nước thải dệt nhuộm VP3 với hàm lượng sắt khác (mẫu nước thải pha loãng lần với CODđầu = 384, thời gian xử lý: 60 phút) 65 Bảng 3.12 Hiệu suất xử lý mẫu VP3 thay đổi nồng độ muối pesunfat (mẫu nước thải pha loãng lần với CODđầu = 384, thời gian xử lý: 60 phút) 66 Bảng 3.13 Hiệu suất xử lý COD mẫu nước thải dệt thay đổi hàm lượng sắt (hẹ số pha loãng 2; COD đầu 402, thời gian xử lý: 60 phút) .67 Bảng 3.14 Hiệu suất xử lý mẫu VP4 thay đổi nồng độ muối pesunfat .67 Bảng 3.15 Hiệu suất xử lí COD mẫu nước thải dệt nhuộm sau 60 phút xử lý với hàm lượng sắt khác (COD pha loãng lần = 388) 68 Bảng 3.16 Hiệu suất xử lí mẫu VP5 thay đổi nồng độ muối pesunfat sau 60 phút xử lý (COD pha loãng lần = 388, thời gian: 60 phút)) 69 Bảng 3.17 Hàm lượng sắt có mặt phoi sắt 71 Bảng 3.18 Xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm phoi sắt kết hợp với muối pesunfat 72 DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Phổ hấp thụ UV – Vis dung dịch xanh metylen mg/l pH = 47 Hình 3.2 Phổ hấp thụ xanh metylen nồng độ khác Từ xuống dưới: 10; 7; 5; 3,5; 1,5; 0,5; 0,2 mg/L .48 Hình 3.3 Đường chuẩn xác định hàm lượng xanh metylen pH = 48 Hình 3.4 Độ lặp lại phổ đồ xanh metylen nồng độ 1,0 mg/l .50 Hình 3.5 Độ lặp lại phổ đồ xanh metylen nồng độ 5,0 mg/l .50 Hình 3.6 Độ lặp lại phổ đồ xanh metylen nồng độ 9,0 mg/l .51 Hình 3.7 Khảo sát ảnh hưởng khuấy trộn đến trình xử lý xanh metylen sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat .52 Hình 3.8 Ảnh hưởng pH tới trình xử lý xanh metylen sắt kim loại kết hợp với muối pesunfat 54 Hình 3.9 Khảo sát thay đổi nồng độ xanh metylen (CMB) theo thời gian phản ứng với sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat 56 Hình 3.10 Ảnh hưởng khối lượng sắt đến trình xử lý dung dịch xanh metylen 57 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ muối kali pesunfat tới trình xử lý dung dịch xanh metylen .59 Hình 3.12 Hình ảnh dung dịch xanh metylen xử lý 0,2g/l sắt 2,5mM K2S2O8 sau khoảng thời gian 20 phút 59 Hình 3.13 Hình ảnh trình xử lý 0,2g/l Fe K2S2O8 sau khoảng thời gian 20 phút với nồng độ xanh metylen ban đầu khác 61 Hình 3.14 Hiệu suất trình xử ly 0,2g/l Fe K2S2O8 2,5mM với nồng độ xanh metylen ban đầu khác 61 Hình 3.15 Đường chuẩn COD (Abs = f(CCOD)) .63 Hình 3.16 Nước thải dệt nhuộm lấy làng nghề Vạn Phúc – Hà Đông .64 Hình 3.17 Hình ảnh mẫu nước thải dệt nhuộm VP3 trước (ống trái) sau ( ống phải) xử lý 0,2g/l Fe K2S2O8 2,5mM sau thời gian 60 phút 66 Hình 3.18 Hình ảnh mẫu nước thải dệt nhuộm VP4 trước (ống trái) sau ( ống phải) xử lý 0,3g/l Fe K2S2O8 2,5mM sau thời gian 60 phút 68 Hình 3.19 Nước thải dệt nhuộm VP5 trước (trái) sau(phải) xử lý 0,2g/l Fe + K2S2O8 3,5mM .69 Hình 3.20 Xanh metylen xử lý phoi sắt kết hợp với muối pesunfat trước (hình trái) sau 40 phút (hình phải) .71 ! Bảng 3.10: Hàm lượng COD ban đầu mẫu thực tế lấy làng nghề Vạn Phúc- Hà Đông STT Mẫu Màu sắc pH Abs CODđầu VP1 Màu đen 8,29 0,095 225 VP2 Màu da cam 9,17 0,064 135 VP3 Màu xanh tím 7,37 0,187 545 VP4 Màu đỏ 8,24 0,399 1252 VP5 Màu đen 7,87 0,471 1492 Hình 3.16: Nước thải dệt nhuộm lấy làng nghề Vạn Phúc- Hà Đông Các mẫu lấy thời điểm khác nhau, với hàm lượng vải cần dệt nhuộm khác nhau, màu sắc mẫu nước thải tùy thuộc theo yêu cầu việc nhuộm sản phẩm Chúng nhận thấy mẫu nước thải có hàm lượng COD khác cao, vượt TCVN 5945 – 2010, tiêu chuẩn COD thải môi trường loại B cho nước thải công nghiệp 100 mg/L (loại B loại xả vào khu vực tiếp nhận chung) Chúng lựa chọn mẫu VP3, VP4, VP5 (vì mẫu có giá trị Hoàng Thị Thu Hường 64 COD cao) để tiến hành xử lí sắt kết hợp muối pesunfat qui mô phòng thí nghiệm 3.4.2 Xử lý mẫu VP3 a Ảnh hưởng hàm lượng sắt tới trình xử lý mẫu VP3 Chuẩn bị ống nghiệm mục 2.8.3.1, thí nghiệm Sau khoảng thời gian xử lí 60 phút, xác định giá trị COD (CODcuối) mẫu nước Bảng 3.11: Hiệu suất xử lí COD mẫu nước thải dệt nhuộm VP3 với hàm lượng sắt khác (mẫu nước thải pha loãng lần với CODđầu= 384, thời gian xử lý: 60 phút) STT CK2S2O8(mM) mFe(g/L) Abs CODcuối %H 0,2 0,048 78,20 79,6 0,5 0,050 84,38 78,0 1,0 0,051 87,50 77,2 1,5 0,057 106,25 72,3 2,0 0,083 187,50 51,2 3,0 0,150 396,80 - 2,5 Kết bảng 3.11 cho thấy với hàm lượng Fe 0,2 g/L giá trị CODcuối thấp (78,2) hiệu suất xử lí cao đạt 79,6% Khi tăng hàm lượng sắt lên 0,3g, lúc dung dịch xuất vẩn đục Làm cho hàm lượng COD sau cao Có thể lí giải rằng, tăng hàm lượng Fe tăng, lúc Fe2+ chuyển thành Fe3+, kết hợp với gốc sunfat tự do, làm giảm gốc tự do, làm giảm khả xử lý nước thải dệt nhuộm Vì vậy, nghiên cứu tiếp theo, lựa chọn hàm lượng Fe 0,2 g/L b Ảnh hưởng nồng độ muối pesunfat tới trình xử lý mẫu VP3 Chuẩn bị mẫu với thể tích loại nước thải dệt nhuộm V=5,0 mLvà hàm lượng sắt Fe giữ cố định 0,2g/L Nồng độ kali pesunfat K2S2O8 mẫu Hoàng Thị Thu Hường 65 thay đổi 1,0; 2,0; 2,5; 3,5; 4,0; 5,0mM Giá trị pH cố định 3,0 Sau khoảng thời gian xử lí 60 phút, xác định giá trị COD (CODcuối) mẫu nước Kết (Bảng 3.12) cho thấy: với nồng độ muối pesunfat 2,5 mM giá trị CODcuối đạt thấp Bảng 3.12: Hiệu suất xử lý mẫu VP3 thay đổi nồng độ muối pesunfat (mẫu nước thải pha loãng lần với CODđầu= 384, thời gian xử lý: 60 phút) STT CK2S2O8 (mM) Abs CODcuối %H 1,0 0,085 193,75 49,5 2,0 0,057 106,25 72,3 2,5 0,048 78,20 79,6 3,5 0,109 268,75 30,0 4,0 0,115 287,50 25,1 5,0 0,116 290,60 24,3 mFe (g/L) 0,2 Hình 3.17: Hình ảnh mẫu nước thải dệt nhuộm VP3 trước (ống trái) sau (ống phải) xử lý 0,2g/L Fe K2S2O8 2,5 mM sau thời gian 60 phút Hoàng Thị Thu Hường 66 3.4.3 Xử lý mẫu VP4 a Ảnh hưởng hàm lượng sắt tới trình xử lý mẫu VP4 Tiến hành tương tự mẫu VP3, xác định hàm lượng COD lại sau 60 phút xử lý bảng 3.16 Bảng 3.13: Hiệu suất xử lí COD mẫu nước thải dệt thay đổi hàm lượng sắt (hệ số pha loãng 2; COD đầu 402; thời gian xử lý 60 phút) STT mFe (g/L) Abs CODcuối %H 0,02 0,133 343,75 16,9 0,05 0,134 346,80 13,7 0,10 0,120 303,10 24,6 0,15 0,077 168,75 58,0 0,20 0,076 165,60 58,8 0,30 0,074 159,37 60,4 VS2O8 (mM) 2,5 Kết bảng 3.13 cho thấy với hàm lượng Fe 0,3 g/L giá trị CODcuối thấp (159,37) hiệu suất xử lí cao đạt 60,4% Do đó, nghiên cứu tiếp theo, lựa chọn hàm lượng Fe 0,3 g/L b Ảnh hưởng nồng độ muối pesunfat tới trình xử lý mẫu VP4 Tương tự xử lý với mẫu VP3 thay đổi nồng độ muối kali pesunfat, kết CODcuối thể bảng 3.14: Bảng 3.14: Hiệu suất xử lý mẫu VP4 thay đổi nồng độ muối pesunfat STT C K2S2O8 (mM) Abs COD %H 1,0 0,198 546 - 2,0 0,108 265 34,0 2,5 0,074 159 60,4 3,5 0,132 340 15,3 4,5 0,164 440 - mFe(g/L) 0,3 Hoàng Thị Thu Hường 67 Hình 3.18: Hình ảnh mẫu nước thải dệt nhuộm VP4 trước (ống trái) sau (ống phải) xử lý 0,3g/L Fe K2S2O8 2,5 mM sau thời gian 60 phút Qua bảng 3.14, nhận thấy, nồng độ K2S2O8 2,5 mM hàm lượng COD cuối giảm thấp Do đó, chọn tỉ lệ sắt với muối pesunfat 0,3 g/L : 2,5 mM 3.4.4 Xử lý mẫu VP5 a Ảnh hưởng hàm lượng sắt tới trình xử lý mẫu VP5 Chúng tiến hành pha loãng lần mẫu nước thải VP5, sau tiến hành xử lí với nồng độ K2S2O8 giữ cố định 2,5 mM hàm lượng Fe thay đổi từ 0,02 đến 0,3 g/L, giá trị CODcuối xác định bảng 3.15: Bảng 3.15: Hiệu suất xử lí COD mẫu nước thải dệt nhuộm sau 60 phút xử lí với hàm lượng sắt khác (COD pha loãng lần = 388) STT mFe(g/L) Abs CODsau %H 0,2 0,073 156 59,8 0,5 0,111 275 29,1 1,0 0,121 306 21,1 2,0 0,126 321 17,2 3,0 0,132 340 12,4 VS2O8(mM) 2,5 Hoàng Thị Thu Hường 68 Khi tăng hàm lượng sắt để xử lý mẫu VP5, ta nhận thấy việc tăng hàm lượng sắt không làm tăng khả xử lý mẫu Với khối lượng Fe 0,2 g/L, cho khả xử lý mẫu lên tới 59,8% Vì vậy, với mẫu VP5, lựa chọn hàm lượng sắt 0,2 g/L b Ảnh hưởng nồng độ muối pesunfat tới trình xử lý mẫu VP5 Tương tự tiến hành thí nghiệm thay đổi lượng muối kali pesunfat đới với mẫu VP3 Hàm lượng CODcuối mẫu VP5 thể qua bảng 3.16 sau: Bảng 3.16: Hiệu suất xử lý mẫu VP5 thay đổi nồng độ muối pesunfat (COD pha loãng lần = 388, thời gian: 60 phút) STT mFe (g/L) C K2S2O8 (mM) Abs CODsau %H 1 0,102 246 36,5 2 0,087 200 48,4 2,5 0,073 156 59,8 3,5 0,121 306 21,1 4,5 0,143 375 3,3 0,2 Hình 3.19: Nước thải dệt nhuộm VP5 trước (trái) sau (phải) xử lý 0,2 g/L Fe + K2S2O8 3,5 mM Hoàng Thị Thu Hường 69 Khi tăng nồng độ K2S2O8, hiệu suất xử lý mẫu VP5 tăng Tuy nhiên, tăng nồng độ K2S2O8 lên tới giới hạn khả xử lý mẫu lại giảm Có thể lí giải rằng, lúc này, hệ xảy phản ứng: SO4* + SO4* ⎯⎯ → S2O8 hai gốc tự có khả tự kết hợp lại với làm gôc tự do) theo tài liệu [35] Vì vậy, lựa chọn tỉ lệ sắt pesunfat 0,2g/L : 2,5mM K2S2O8 3.5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHOI SẮT KẾT HỢP MUỐI PESUNFAT 3.5.1 Xác định hàm lượng sắt có mặt phoi sắt Chuẩn bị dung dịch mục 2.9 Tiến hành xác định mật độ quang dung dịch bước sóng λ = 510nm Để xác định hàm lượng sắt phoi sắt, tham khảo quy trình phân tích hàm lượng Fe (II) theo tài liệu [16], đưa hàm lượng sắt tối đa có thuộc phương trình đường chuẩn xác định hàm lượng sắt Áp dụng phương trình đường chuẩn thể phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ sắt (II) để tính lại nồng độ sắt phoi sắt: Abs = 0,193.CFe(II) + 0,025 Chuẩn bị dung dịch thí nghiệm mục 2.9: hòa tan hoàn toàn 0,05g phoi sắt vào 100 mLdung dịch axit H2SO4, thu dung dịch ddA có nồng độ Fe (II) tối đa 0,05 g/L Chúng tiến hành xác định hàm lượng sắt có mặt phoi sắt kết thể bảng 3.17 Hàm lượng sắt phoi sắt trung bình tính 75,5% Hoàng Thị Thu Hường 70 Bảng 3.17: Hàm lượng sắt có mặt phoi sắt STT VddA Vthuốc thử CFe tối đa (mg/L) 0,1 0,4 0,5 0,4 1,6 2,0 1,0 4,0 5,0 Abs CFe (mg/L) 0,083 0,091 0,090 0,327 0,316 0,332 0,823 0,825 0,848 0,302 0,343 0,334 1,563 1,506 1,589 4,127 4,137 4,256 CFe trung bình (mg/L) %Fe phoi sắt 0,326 65,2 1,553 77,7 4,173 83,5 3.5.2 Xử lý mẫu tự tạo phoi sắt kết hợp với muối kalipesunfat Dựa kết nghiên cứu mục 3.3.7 tiến hành xử lý dung dịch xanh metylen với nồng độ C0 = 150 mg/L 198,4 g phoi sắt (tương dương 150 g Fe) kết hợp với muối kali pesunfat (11,25 mM) đạt hiệu suất 92,3% sau 40 phút xử lý Hình 3.20: Xanh metylen xử lý phoi sắt kết hợp muối pesunfat trước (hình trái) sau 40 phút (hình phải) Kết cho thấy xử lý với lượng tương đương sắt bột, phoi sắt cho hiệu suất xử lý 90%! Hoàng Thị Thu Hường ! ! 71 3.5.3 Xử lý nước thải dệt nhuộm phoi sắt kết hợp với muối pesunfat Kết xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm lấy làng nghề Vạn Phúc- Hà Nội phoi sắt kết hợp với muối pesunfat điều kiện tối ưu tương tự thí nghiệm xử lý bột sắt ghi lại bảng sau: Bảng 3.18: Xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm phoi sắt kết hợp với muối pesunfat Mẫu Pha CODđầu loãng mphoi sắt mphoi sắt trước sau Abs CODsau %H VP3 lần 384 0,2g 0,165g 0,059 112,5 70,7% VP4 lần 402 0,2g 0,144g 0,087 200,0 50,2% VP5 lần 388 0,2g 0,18g 0,085 193,7 50,1% Đưa mẫu nước thải pha loãng với tỉ lệ khác nhau, để đảm bảo hàm lượng COD mẫu gần tương đương Qua trình xử lý, nhận thấy, chất chất màu ảnh hưởng lớn tới hiệu xử lý phương pháp oxi hóa nâng cao Nguyên nhân khả phá vỡ hợp chất màu hệ Fenton dị thể Phản ứng Fenton dị thể tỏ có hiệu với mẫu VP3 (hiệu suất đạt gần 80%), hiệu với mẫu VP4 VP5 (hiệu suất khoảng 60%) Có thể cho thấy, mẫu VP3 (màu xanh) loại bỏ màu diễn tốt triệt để, chứng tỏ cấu trúc hóa học loại màu xanh không bền vững Khả loại bỏ màu sắt kim loại kết hợp với muối pesunfat thuốc nhuộm màu đỏ (VP4) màu đen (VP5) xảy chậm quan sát mắt thường Khi đo quang cho hiệu xử lý thuốc nhuộm hoạt tính màu xanh, giải thích cấu trúc loại thuốc nhuộm màu đen màu đỏ bền vững Việc sử dụng phoi sắt thay cho sắt nguyên chất cho hiệu gần Hàm lượng sắt có mặt phoi sắt kết hợp với muối pesunfat tạo hệ oxi hóa cho khả xử lý gần sắt nguyên chất Mặt khác, phoi sắt thực tế dễ kiếm rẻ tiền, vậy, hướng nghiên cứu áp dụng việc xử lý quy mô lớn phòng thí nghiệm ! Hoàng Thị Thu Hường ! ! 72 KẾT LUẬN Xác định hàm lượng xanh metylen theo phương pháp đo hấp thụ UV-Vis bước sóng 663 nm, pH =3 Đường chuẩn phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ xanh metylen có dạng Abs = 0,215.CMB+ 0,027; với R2 = 0,997; tuyến tính khoảng 0,2 đến 10 mg/L Kết xử lý xanh metylen sắt bột kết hợp với muối K2S2O8 cho thấy lượng sắt dùng tối ưu 0,2 g/L, nồng độ pesunfat 2,5 mM, trình xử lý pH = 3,0 sau 20 phút có khuấy trộn với dung dịch xanh metylen 20 mg/L xử lý 99% với dung dịch xanh metylen 800 mg/L hiệu suất xửa lý 55,1% Nếu sử dụng phoi sắt chứa trung bình 75,5% sắt kim loại hiệu suất xử lý đạt 92,3% Sử dụng tác nhân bột sắt kết hợp pesunfat xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc pha loãng khoảng COD 400 tỷ lệ sắt pesunfat tối ưu dao động từ 0,2⎟0,3 g/L Fe : 2,5 mM K2S2O8; hiệu suất xử lý mẫu VP3, VP4, VP5 tương ứng 79,6; 60,4 59,8%, tuỳ thuộc vào chất chất màu mẫu Sử dụng phoi sắt điều kiện tương tự trường hợp dùng bột sắt hiệu suất xử lý mẫu VP3, VP4, VP5 tương ứng 70,7; 50,2 50,1%, kết nhỏ dùng bột sắt, không nhiều Mặt khác phoi sắt lại dễ xử lý sau sử dụng nên có tính thực tế áp dụng vào qui trình thực tế Hoàng Thị Thu Hường 73 KIẾN NGHỊ - Xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp oxi hóa nâng cao biện pháp có khả thi, áp dụng vào thực tế, nhiên, để nâng cao hiệu quả, cần phải tách dòng nước thải riêng rẽ Những loại hợp chất hữu dễ phân hủy cần tập trung để xử lý phương pháp sinh học Còn hợp chất hữu khó phân hủy sử dụng phương pháp oxi hóa nâng cao để xử lý - Nghiên cứu nhóm thực để xử lý nước thải dệt nhuộm quy mô phòng thí nghiệm Vì vậy, đề xuất nghiên cứu nên mở rộng ứng dụng loại nước thải giàu chất hữu khác, quy mô lớn phòng thí nghiệm - Vì điều kiện thời gian có hạn nên phạm vi luận văn điều kiện nghiên cứu động học trình chuyển hóa xanh metylen tác nhân Fe kim loại, phoi sắt kết hợp với K2S2O8 Đồng thời chưa có điều kiện nghiên cứu chế hấp phụ sản phẩm trung gian phản ứng xử lý xanh metylen nước thải dệt nhuộm hệ tác nhân Fe kết hợp với K2S2O8 Các sản phẩm trung gian cần nghiên cứu thêm Hoàng Thị Thu Hường 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO A TIẾNG VIỆT Ngô Thị Lan Anh (2011), Nghiên cứu khả hấp phụ metyl da cam, metylen xanh vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía, Luận văn tốt nghiệp, Khoa Hóa học, trường Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Dung, Phạm Phát Tân (2008), Tạp chí hóa học, T41, số 2, 2003 89 – 94 Đỗ Ngọc Khuê cộng (2005), Nghiên cứu CSNH xử lý chất thải quốc phòng đặc chủng ô nhiễm vi sinh vật độc hại, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước, mã số K.C.04.10, Bộ KH – CN Đỗ Ngọc Khuê (chủ biên) (2010) Tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải dệt nhuộm hệ xúc tác Fenton NXB QĐND,Hà Nội Nguyễn Ngọc Lân, Hoàng Minh Ngọc, Dương Thị Thùy Linh (2011), Xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm trình peroxone, Viện khoa học công nghệ môi trường – ĐH Bách khoa Hà Nội Hoàng Ngọc Minh (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải chứa chất hữu khó phân hủy sinh học phương pháp oxy hóa nâng cao, Luận án tiến sĩ Kỹ thuật Môi trường, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Thị Tuyết Nam (2014), Nghiên cứu khả xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm TiO2, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở - ĐH Sài Gòn Nguyễn Thị Hồng Nguyệt (2016), Nghiên cứu trình oxi hóa metyl da cam sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm, Khóa luận tốt nghiệp, Hóa Công nghệ - Môi trường, Khoa hóa học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Lê Thống Nhất (2005), Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm vải Luận văn tốt nghiệp, Trường ĐH Kĩ thuật Công nghiệp Tp HCM Hoàng Thị Thu Hường 75 10 Nguyễn Huy Phú, Nguyễn Hồng Phương (2008) Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp oxi hóa nâng cao Luận văn tốt nghiệp, Viện Khoa học Công nghệ quản lý môi trường, trường Đại học Công nghiệp TP.HCM 11 Tài liệu hướng dẫn sản xuất ngành dệt nhuộm (2008), Trung tâm sản xuất Việt Nam, Viện khoa học công nghệ Môi trường, ĐH Bách Khoa Việt Nam, tr.4 12 Trần Thế Tài (2013) Nghiên cứu phương pháp phân tích xử lý axit 2,4điclophenolaxetic(2,4-D) 2,4 – đinitro phenol (DNP) nước thải sắt kim loại kết hợp muối amoni pesunfat (NH4)2S2O8 Luận văn thạc sĩ hóa học phân tích Khoa hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 13 Nguyễn Trung Thành, Nguyễn Hồng Nhật (2014), Khảo sát hoạt tính xúc tác nước phèn xử lý nước thải dệt nhuộm, Tạp chí khoa học trường ĐH An giang, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ & Môi trường, Trường Đại học An Giang 14 Tô Văn Thiệp, Vũ Thị Hoàng Mai, Đỗ Ngọc Khuê, Đồng Kim Loan, Nguyễn Văn Hoàng, Đỗ Bình Minh, Nguyễn Cao Tuấn (2010) Nghiên cứu đặc điểm hấp phụ 2,4-Dinitrotoluen 2,4-Dinitrophenol số loại than hoạt tính môi trường nước Tạp chí hoá học, Tập 48, số 3, tr.291-297 15 Trần Mạnh Trí (2005) Quá trình oxi hoá nâng cao áp dụng vào xử lý nước nước thải Hội nghị Xúc tác - Hấp phụ toàn quốc lần thứ 3, Huế, Tháng - 2005 16 Soilivanh Vongpachit (2015), Nghiên cứu phân tích hàm lượng sắt phương pháp trắc quang phổ hấp thụ UV – VIS, Luận văn thạc sĩ khoa hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 17 Bùi Thị Vụ (2010), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp oxy hóa H2O2 sử dụng hoạt hóa tia UV thử nghiệm mô hình pilot phòng thí nghiệm”, Báo cáo nghiên cứu khoa học, Bộ môn môi trường, ĐH Dân lập Hải Phòng Hoàng Thị Thu Hường 76 18 Lê Xuân Vĩnh, Lý Tiểu Phụng, Tô Thị Hiền (2016), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm UV/Fenton,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG – HCM 19 Đặng Xuân Việt (2007), Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, Luận văn tiến sĩ kĩ thuật, Hà Nội B TIẾNG ANH 20 A.N.Mosdenes, F.R Espinoza – Quinones, D.R.Manenti, F.H Borba, S.M Palácio, A.Colombo (2012), Perfofmance evaluation of a photo – Fenton process applied to pollutant removal from textile effluents in a batch system, Journal of Enviromental Management, 104, 1-8 21 Betran F.J, Gonzalez M and Riva J.F.(1996) Advanced Oxidation of polynuclear aromatic hydrocarbons in natural waters J Environ.Sci.Health A31 (9), 21932210.26 22 Do Ngoc Khue, Nguyen Van Chat, Do Binh Minh, Tran Dai Lam, Pham Hong Lan (2013) Degradation and mineralization of 2,4,6-trinitroresorcine in various photochemical systems Materials Science and Engineering C 33, 19751982 23 Furman O.S, Teel A.L,Watts R.J, (2010) Mechanism of base activation of persulfate Environ Sci Technol., 44:6423–6428 24 George V.B., Treena N.M., Arthur S.G., (1997) Reaction of SO4*- with Fe2+, Mn2+ and Cu2+ in aqueous solution Faraday Trans., 93:2893–2897 25 Hirvonen A, Tuhkanen T and Kelliokoski p.(1996) Treatment of TCE and PCE contaminated groundwater using UV/H2O2 and O3/H2O2 Oxidation Processes Water Sci Technol 33,67-73 26 Japaness Standards Association (2002), JIS Handbook Environmental Technology, Tokyo, Japan Liang C and Guo Y.-y.,(2010) Mass Transfer and Chemical Oxidation of Naphthalene Particles with Zerovalent Iron Activated Persulfate Environ Sci Technol 44(21): 8203–8208 Hoàng Thị Thu Hường 77 27 Jingchun Y., Lihua Z., Zhihong L., Yanfei H., Heqing T., Mengfang C.,(2013) Oxidative decomposition of organic pollutants by using persulfate with ferrous hydroxide colloids as efficient heterogeneous activator Sep Purif Technol 106: 8-14 28 Kremer (1999), Mechanism of the Fenton reaction Evidence for a new intermediate, Phys Chem Chem.Phys 1, 3595-3605 29 Munter, R (2001) Advanced oxidation processes - Current status and prospects Proc Estonian Acad Sci Chem 50(2) 59-80 30 R Aphn, T P Waite (2000), Comparison of three and advance oxidation processes for degration of textile dyes, Water Science & Technology, 42, 345 – 354 31 Rosli (2006), “Development of biological treatment system for reduction of COD from textile wastewater”, Master Dessertation, University Technology Malaisia 32 S.5.Allen, K.Y.H, Khader, M Bino (1995), Electrooxidation of dyestuffs in wasteswaters, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 62, 111-117 33 Sen, S and Pemiver, G.N (2003), “Anaerobic treatment of real texttile wastewater with a fludized bed reactor”, Water Research 37: 1868 - 1878 34 Tzedakis T., Savall A., Clifton M., (1989) The electrochemical regeneration of Fenton reagent in hydroxylation ofaromatic substrates J Appl Electrochem., 19: 911- 921 35 Ultrasonics Sonochemistry 20 (2013) 855–863 36 Walling C, (1975) Fenton’s Reagent Revisted Acc Chem Res., 8: 125-131 37 Xin Zhong, Sebastien Royer, Hui Zhang, Qianqian Huang, Luojing Xiang, Sabine Valange, Joel Barrault (2011), Mesoporous silica iron-doped as stable and efficient heterogeneous catalyst for the degradation of C.I Acid Orange using sono-photo-Fenton process, Separation and Purification Technology, Volume 80, Issue 1, 12 , Pages 163-171 Hoàng Thị Thu Hường 78 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI HOÀNG THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG HỆ OXI HÓA NÂNG CAO Chuyên ngành: Hóa học phân tích Mã số: 60440118... nghiệm - Nghiên cứu khả xử lý hợp chất hữu nước thải dệt nhuộm hệ phoi sắt kết hợp với muối kali pesunfat quy mô phòng thí nghiệm - Ứng dụng kết nghiên cứu để xử lý nước thải dệt nhuộm làng Vạn... TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA NÂNG CAO (AOPs) Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 27 1.4 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HỢP CHẤT HỮU CƠ BẰNG SẮT KIM