Nhật báo Hazardous Materials (Vật Liệu Nguy Hiểm) 162 (2009) 386–390 Danh sách nội dung có sẵn ScienceDirec Nhật báo Hazardous Materials Trang chủ nhật báo: www.elsevier.com/locate/jhazma Xử lý nước thải mực in gốc nước trình Fenton kết hợp với keo tụ Xiang-Juan Ma∗, Hui-Long Xia Bài viết Thông tin Nhận 08 tháng năm 2007 Nhận hình thức sửa đổi 09 tháng năm 2008 Chấp nhận ngày 12 tháng năm 2008 Có thể dùng trực tuyến ngày 21 tháng năm 2008 Từ khóa : Mực in gốc nước Thuốc thử Fenton polyaluminium clorua Q trình keo tụ Tóm lược Những nỗ lực thực nghiên cứu để kiểm tra hiệu trình Fenton kết hợp với keo tụ để xử lý nước thải mực in gốc nước Các thông số ảnh hưởng đến trình Fenton, chẳng hạn độ pH, liều lượng thuốc thử Fenton thời gian xử lý, xác định cách sử dụng phương pháp jar test để kiểm tra 86,4% màu sắc 92,4 % nhu cầu oxy hóa học ( COD) gỡ bỏ pH , 50mg / l H2O2, 25mg / l FeSO4 30 phút thời gian xử lý Quá trình keo tụ sử dụng polyaluminium clorua (PAC) sulfate sắt ( FeSO4 ) có lợi để cải thiện trình Fenton xử lý nước thải việc giảm thời gian tạo bông, tăng cường màu sắc COD Màu sắc tổng thể, COD chất rắn lơ lửng (SS) loại bỏ đạt 100% , 93,4% 87,2 % theo điều kiện lựa chọn , tương ứng Vì vậy, nghiên cứu cung cấp cách hiệu để xử lý nước thải nhà sản xuất mực in gốc nước công ty in ấn © 2008 Elsevier B.V All rights reserved Đại học Khoa học Kỹ thuật môi trường, Đại học Chiết Giang, 198 đường Jiaogong, Hangzhou 310012, Trung Quốc Giới thiệu Các ngành cơng nghiệp mực in tồn cầu đối mặt với yêu cầu nghiêm ngặt để sản xuất có hiệu suất tốt mực in thân thiện môi trường ,chẳng hạn mực in gốc nước, mực bảo dưỡng tia cực tím mực UV gốc nước Flexography trình in ấn mà tiêu thụ lượng đáng kể mực nước Ước tính việc tiêu thụ mực nước dựa sử dụng trình flexography Hoa Kỳ , Châu Âu, Châu Mỹ La Tinh Nhật Bản, khoảng 133.333 , 72.000 , 11.333 90.000 vào năm 2000, tương ứng [1] Các thành phần loại mực thơng thường bột màu, chất kết dính, vật chuyên chở phụ gia [2] So với dung môi mực, mực nước dựa việc sử dụng nước người chuyên chở để thay phần lớn dung mơi hữu cơ, phát triển ứng dụng dẫn đến việc giảm phát thải hợp chất hữu dễ bay hơi( VOC ), động lực đổi sản phẩm [3] Mực in gốc nước khơng dễ bắt cháy, sản xuất bị phản đối nơi làm việc, không gây ô nhiễm sản phẩm đóng gói [2] Vì vậy, sử dụng rộng rãi in ấn bao bì thực phẩm, thuốc ,đồ chơi , sản phẩm rượu vang Tuy nhiên ,nước thải thu sau làm rửa phòng thí nghiệm thiết bị cơng nghiệp đánh giá cao sắc tố màu sắc đánh giá cao bị ô nhiễm với vật liệu hữu Nước thải mối quan tâm thẩm mỹ thải hệ thống xử lý nước thải mà không xử lý trước ∗Corresponding author Tel.: +86 571 88367033; fax: +86 571 88367033 E-mail address: maxiangjuan@yahoo.com.cn (X.J Ma) 0304-3894/$ – see front matter © 2008 Elsevier B.V All rights reserved doi:10.1016/j.jhazmat.2008.05.068 Acrylics thường sử dụng công thức mực nước dựa sắc tố khó để phá vỡ cấu trúc sinh học Hơn nữa, yêu cầu nghiêm ngặt tiêu chuẩn xả nước thải thúc đẩy nỗ lực nghiên cứu gần để xác định phương pháp xử lý hóa học hiệu kinh tế để đáp ứng yêu cầu này.Do đó, có nhu cầu cho trình điều trị tiên tiến để tiếp tục loại bỏ màu sắc nhu cầu oxy hóa học (COD ) từ nước thải Quá trình Fenton sử dụng ion kim loại màu hydrogen peroxide ( H2O2 ) điều kiện pH có tính axit Như trình bày phản ứng (1) - (5), oxy hóa mạnh mẽ gốc hydroxyl (HO • ) sản xuất ion kim loại bị oxy hóa để ion sắt phức hydroxo sắt chiếm khả keo tụ thuốc thử Fenton [ 4,5 ] Chất rắn lơ lửng sau bị bắt kết tủa HO • cơng hợp chất hữu gây phân hủy hóa học hợp chất Vì trình Fenton có chức kép q trình oxy hóa keo tụ q trình nghiên cứu H2O2 + Fe2+→ Fe3+ + OH− + HO• HO• + RH → R• + H2O [Fe(H2O)6]3+ + H2O ↔ [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+ [Fe(H2O)5OH]2+ + H2O ↔ [Fe(H2O)4(OH)2]+ + H3O+ 2[Fe(H2O)5OH]2+ ↔ [Fe2(H2O)8(OH)2]4+ + 2H2O (1) (2) (3) (4) (5) Trong vài năm qua, nhiều thí nghiệm thực để loại bỏ COD màu sắc từ nước thải công nghiệp phản ứng Fenton Hiệu q trình Fenton phụ thuộc vào thuộc tính nước thải , giá trị pH , nồng độ Fe + , liều lượng H2O2 thời gian phản ứng [6] Quá trình Fenton cho việc in ấn xử lý nước thải mực chưa báo cáo văn Nghiên cứu cố gắng để khám phá khả điều trị nước dựa mực in nước thải q trình Fenton Các thí nghiệm tiến hành để kiểm tra tác động hoạt động khác điều kiện hiệu suất hệ thống xử lý thử nghiệm kết làm sáng tỏ hiểu biết trình Fenton nhiều khía cạnh thực tế ứng dụng tiềm Vật liệu phương pháp 2.1 Xử lý nước thải Mực in nước thải nước dựa thu thập từ công ty hóa chất mực nằm Hàng Châu, Trung Quốc Theo cơng ty, thành phần nước thải mẫu nước, acrylics, amoniac, 1,2-propylene glycol, isopropanol, Monoethanolamine, carbon đen, sáp nước, độc quyền defoamer Nước thải trung tính (pH 7) đen Nồng độ COD dao động 4350-5200mg / l, màu sắc dao động khoảng 1000-2000 lần dựa phương pháp pha lỗng Độ âm điện có giá trị 0, chất rắn lơ lửng (SS) tập trung 195 mg / l Hiệu trình xử lý nước thải chủ yếu đánh giá màu sắc COD 2.2 Q trình Fenton Các thí nghiệm trình Fenton thực cách sử dụng phương pháp jar test Các thông số hoạt động bao gồm liều lượng H2O2 FeSO4, giá trị pH thời gian giải Mỗi cốc thủy tinh lần điền với 1000 ml mẫu nước thải, độ pH điều chỉnh giá trị thiết kế với 0.1 N H 2SO4 giải pháp Sau đó, FeSO4 H2O2 (30% w / w) thêm vào trình tiến hành khuấy nhanh trộn với nước thải mẫu 120 rpm cho 10min, khuấy nhanh 95rpm cho 10 phút, sau trì bế tắc cho 30 phút Các phần váng thu hồi cho COD phân tích màu sắc 2.3 Quá trình keo tụ: Nước thải xử lý trình Fenton phải chịu thêm để đơng hóa học Dựa thí nghiệm sơ bộ, polyaluminium clorua (PAC) FeSO chọn hiệu đông hỗ trợ đông tương ứng Thí nghiệm kiểm tra tiến hành để xác định liều lượng tối ưu kết tủa để rút ngắn thời gian giải flocs tiếp tục giảm màu sắc COD PAC thêm vào hỗn hợp 10 phút điều kiện khuấy nhanh (120 vòng/phút) sau sắt sufat thêm vào khuấy chậm áp dụng (95 vòng/phút ) 10 phút Cuối cùng, giải pháp trì bế tắc cho 30 phút để giải flocs.PH điều chỉnh theo giá trị mong muốn với 0.1N H2SO4 Giải pháp NaOH trước kết tủa thêm vào.Q trình Fenton đơng lại thực với phương pháp jar test (TA6-4, Vũ Hán, Trung Quốc) gồm sáu mái chèo cánh quạt (24.5mm × 63,5 mm), trang bị với sáu cốc lít Trong thí nghiệm, tất hóa chất sử dụng phân tích lớp cung cấp từ Huadong Y Group Co Ltd 2.4 Phân tích hóa học Trước sau điều trị, mẫu rút khỏi cổng lấy mẫu nằm khoảng cm mức chất lỏng cho xác định COD, màu sắc SS Các phân tích thực lần COD xác định theo phương pháp 508C (trào ngược khép kín, phương pháp so màu) phương pháp chuẩn [7] Các máy đo pH sử dụng để đo pH m (PHB-2, Trung Quốc) Các giá trị màu sắc mẫu dựa giá trị độ âm điện cách sử dụng 721-quang phổ (Thượng Hải, Trung Quốc) trang bị ống thủy tinh để nấu trước đo quang phổ với chiều dài đường quang cm bước sóng 630 nm Các giá trị màu sắc ban đầu xác định cách sử dụng pha loãng phương pháp [8] SS ban đầu cuối nước thải xác định sử dụng phương pháp trọng lực [9] Kết thảo luận 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trình Fenton 3.1.1 Ảnh hưởng pH Độ pH quan sát yếu tố quan trọng cho Fenton xử lý hiệu [10] Hình minh chứng cho hiệu pH vào việc loại bỏ màu COD nước thải xử lý Fenton trình với số tiền cố định 50 mg / l H 2O2 25 mg / l FeSO4 Khi pH tăng lên 1-6, cách xử lý COD lại khoảng 91,692,4%, giá trị tối đa xử lý COD 92,4% pH COD bắt đầu giảm nhẹ pH 5, tỷ lệ tự động phân hủy ngày tăng H2O2, Chấm dứt hoạt ion sắt vào oxyhydroxides sắt, nhặt rác tăng ảnh hưởng HO • dẫn đến khả q trình oxy hóa giảm HO • [11] Kết cho thấy xử lý COD cao đạt nhiều độ pH, đó, việc loại bỏ màu sắc khác từ 70,8% đến 84,0% Điều có liên quan với đặc điểm loại nước thải, số chất hữu cơ, chẳng hạn 1,2propylene glycol, isopropanol, Monoethanolamine, dễ dàng bị oxy hóa, carbon màu đen, chủ yếu đóng góp vào màu sắc, gỡ bỏ keo tụ Ngoài ra, bất ổn động lực keo tụ mực in gốc nước thải hệ thống treo ổn định có liên quan với pH theo tiềm zeta-pH mối quan hệ, giảm độ pH ( Fe2+ + •OOH + H+ • OOH + Fe3+ > Fe2+ +O2+H+ 3.1.4 Ảnh hưởng thời gian: Hình.4.Cho thấy loại bỏ màu sắc nhu cầu oxi hóa khác thời gian giải (0-2h) sau trình Fenton.Liều lượng H2O2 FeSO4 sử dụng 50mg/l 25mg/l Độ pH cố định Sau trộn lẫn nhanh chậm , số lượng lớn flocs quan sát cách quán thời gian dài để ổn định Hơn nữa, flocs nhỏ thường xuyên can thiệp với màu sắc nhu cầu oxi hóa đo lường Như thời gian giải tăng, màu sắc huỷ diệt nhu cầu oxi hóa tăng mạnh 30 phút đầu tăng chậm dần sau đó.Mặt khác để rút ngắn thời gian giải quyết, trình đơng tụ hóa học thiết kế để xử lí Fenton xử lý nước thải để giảm màu sắc nhu cầu oxi hóa.Vì vậy, thời gian giải chọn 30phút 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu keo tụ Để rút ngắn thời gian giải flocs để tiếp tục giảm màu sắc COD, trình keo tụ cần thiết So sánh với chất keo tụ truyền thống, chất kết tủa muối nhơm có ưu điểm hiệu cao chi phí tương đối thấp PAC thường sử dụng flocculant để xử lý nước [14] tìm thấy để loại bỏ chất kết tủa hiệu cho tiền xử lý in ấn tiền tệ nước thải mực, đạt màu sắc, SS, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) COD cho 95,9-96,0%, 96,5-97,0%, 61,365,8% 54,8-61,8%, tương ứng, nồng độ tối ưu 1500 mg / l PAC [15,16] Để tối ưu hóa thơng số ảnh hưởng đến hiệu kết tủa, thí nghiệm trực giao thiết kế với ba cấp độ thứ ba - biến số thực hiện, biến số pH, liều dùng PAC, liều dùng FeSO4 Hình Ảnh hưởng liều dùng PAC lên di chuyển COD giá trị truyền nước xử lý đưa vào quy trình làm đông tụ ( FeSO4 = 300 mg / l ; pH ) Hình 4: Ảnh hưởng thời gian lên màu sắc COD trình Fenton.(H2O2=50mg/l;FeSO4=25mg/l;pH 4) Hình.5.Sự tác động pH lên di chuyển COD giá trị truyền nước xử lý đưa vào quy trình làm đơng tụ ( PAC = 700 mg / l ; FeSO4 = 300 mg / l ) 3.2.1 Ảnh hưởng pH: Hình cho thấy hiệu đông tụ với PAC FeSO ( 700 mg / l 300 mg / l, ) độ pH khác nhau.Nó cho thấy COD đổi màu độc lập với độ pH.Sự di chuyển COD 5.0% 8.2% pH 9.Độ âm điện nước xử lý sau quy trình làm đơng tụ tăng từ 90.9% đến 94.5% pH tăng từ đến Chất lượng nước xử lý giảm pH Do mà độ pH chọn lựa đưa vào thí nghiệm sau 3.2.2 Ảnh hưởng liều dùng PAC: Hình cho thấy ảnh hưởng liều dùng PAC lên di chuyển COD độ âm điện keo tụ nước xử lý pH liều dùng FeSO4 300 mg / l Hình Ảnh hưởng liều dùng FeSO lên di chuyển COD giá trị truyền nước xử lý đưa vào quy trình làm đông tụ ( PAC = 700 mg / l ; pH ) Khi liều dùng PAC tăng từ 500 mg / l đến 700 mg / l, giá trị truyền nước xử lý sau quy trình làm đơng tụ tăng từ 92.0% đến 97.2% di chuyển COD tăng từ 5.0% đến 8.3%.Sự di chuyển COD khơng cao điều giải thích thực tế hầu hết hạt ( chất màu chất gắn ) góp phần tạo nên màu SS đưa vào quy trình Fenton COD hòa tan lại khó di chuyển qua ổn định cấu tạo thành liên kết ngang đưa vào làm đông tụ Nhưng thấy cụm nhỏ dễ dàng đặt vào đáy bình điều kiện vận hành 700 mg / l PAC, pH 300 mg / l FeSO Do quy trình làm đơng tụ cải thiện xếp cụm 3.2.3 Sự ảnh hưởng FeSO4: Hình cho thấy ảnh hưởng liều dùng FeSO việc loại bỏ COD độ âm điện keo tụ nước xử lý pH liều dùng PAC 700 mg / l đưa vào quy trình làm đơng tụ Có thể thấy loại bỏ COD tăng đáng kể liều dùng FeSO tăng từ 200 mg / l đến 300 mg / l giảm liều dùng FeSO 300 mg / l Sự chuyển màu hướng với COD removal Do đó, điều kiện liều dùng FeSO4 tối ưu 300 mg / l 3.3 Quy trình Fenton phối hợp với làm đông tụ: Dựa tối ưu hóa Fenton quy trình làm keo tụ, nước thải sản phẩm thứ quy trình Fenton, sau nước bề mặt lấy xử lí cách làm keo tụ.Tham số thí nghiệm kiểm tra riêng điều kiện chọn lọc Giá trị khởi đầu truyền, COD SS 0%, 4750 mg / l 195 mg / l Đặc điểm quy trình Fenton xử lý,xử lí keo tụ dòng chảy độ hiệu qủa xử lí tóm tắt đưa vào Bảng Ở quy trình Fenton, 86.4% màu 92.4% COD di chuyển pH 4, 50 mg / l H 2O2, 25 mg / l FeSO thới gian lắng tối thiểu 30 phút Vì hữu nhiều cụm khơng gây kết tủa nhỏ, SS tháo dỡ nước thải quy trình Fenton 45.6% sau tối thiểu 30 phút Thời gian giải quyết, trình chất làm keo tăng cường đáng kể màu sắc loại bỏ SS Các màu cuối cùng, COD SS loại bỏ đạt 100%, 93,4% 87,2%, tương ứng Do đó, keo lại có lợi cho cải thiện trình Fenton xử lý nước thải việc giảm thời gian giải tuyết, tăng cường màu sắc loại bỏ COD Bảng Độ hiệu xử lý quy trình Fenton kết hợp với keo tụ Tài liệu tham khảo [1] B Szabo, ứng dụng cho loại mực in, trong: K Takamura, D đô thị ( Biên soạn), Polymer phân tán ứng dụng công nghiệp họ, Wiley-VCH, Đức, năm 2002, pp 103-104 [2] H Gecol, J.F Scamehorn, S.D Kitôgiáo, B.P Grady, F Riddell, Sử dụng bề mặt để loại bỏ mực dựa nước từ phim nhựa, keo Surf.A: Physicochem Eng Vài nét 189 (2001) 5564 [3] A Metes, D Kovacevic, D Vujevic, S Papic, Vai trò zeolit nước thải xử lý mực in, nước Res 38 (2004) 33713381 [4] H.J.H Fenton, oxy hóa axit tartaric diện sắt, J Chem Sóc 65 (1894) 899-910 [5] C ốp tường, S Kato, Các q trình oxy hóa rượu thuốc thử Fenton: ảnh hưởng ion đồng, J Am Chem Sóc 93 (1971) 4275-4283 [6] U Kurt, Y Avsar, M TalhaGonullu, Treatability nước dựa sơn wastew-ater với q trình Fenton loại lò phản ứng khác nhau, Chemosphere 64 (2006) 1536-1540 [7] APHA-AWWA-WPCF, phương pháp chuẩn cho Kiểm tra nước Xử lý nước thải, ed 16., Hiệp hội Y tế công cộng Mỹ, nước Mỹ Hiệp hội cơng trình, Liên đồn kiểm sốt nhiễm nước, Washington, DC, Hoa Kỳ,; 1985 Kếtluận Sự chế hóa mực in thải nước dựa thực tế trình Fenton kết hợp với keo lại tiến hành thí nghiệm Trong trình Fenton, 92,4% COD màu sắc loại bỏ đạt sau 30 phút thời gian giải điều kiện sau: pH 4, liều H2O2và FeSO4 50mg/l 25mg/l, tương ứng Lượng lớn flocs nhỏ tạo trình Fen-ton nhiều thời gian để giải xuống Về mặt này, keo lại có lợi việc giảm thời gian giải flocs Hơn nữa, keo lại sử dụng 700mg/l PAC 300mg/l FeSO pH hữu ích để tăng cường hóa màu sắc nước thải Màu tổng thể, COD SS đạt 100%, 93,4% 87,2%, tương ứng, trình Fenton kết hợp với keo lại có hiệu để xử lý nước thải chế hóa nước dựa nhà sản xuất mực in cơng ty in ấn Nó cung cấp ứng dụng tiềm tái sử dụng nước xử lý cho làm máy (hoặc sau sản xuất cho lần vệ sinh cuối) đóng góp đáng kể vào việc giảm nước tiêu thụ Lời cảm ơn Sự hỗ trợ tài từ giáo dục tỉnh Chiết Giang Trung Quốc (Grant số 20.061.080) ghi nhận sâu sắc [8] GB / T 11.903-1.989, Chất lượng nước – xác định colority [S], Trung Quốc, năm 1989 [9] GB 11901-1989, chất lượng nước –determination chất lơ lửng - gravi-mét phương pháp [S], TrungQuốc, năm 1989 [10] S.H Lin, C.C Lo, trình Fenton để điều trị rũ hồ nước thải, nước Res 31 (1997) 2050-2056 [11] Đặng Y., vật lý loại bỏ oxy hóa chất hữu trình Fenton xử lý trưởng thành nước rỉ bãi rác thành phố, J Hazard Mater 146 (2007) 334-340 [12] A Metes, N Koprivanac, A Glasnovic, keo tụ mộ t phương pháp điều trị mực in thải, nước vệ môi trường Res 72 (2000) 680-688 [13] FJ Benitez, JL Acero, FJ Real, FJ Rubio, AI Leal, gốc tự The role of hydroxyl cho phenylacetic acid phân hủy p-hydroxy dung dịch nước, nước Res 35 (2001) 13381343 [14] H.J Liu, J.H Qu, C.Z Hu, S.J Zhang, đặc điểm polyaluminium nano.Clorua đông chuẩn bị trình điện phân, keo Surf A: Vậtlý-ochem Eng Vài nétvề 216 (2003) 139147 [15] T Nandy, R.D Vyas, S Shastry, S.N Kaul, Tối ưu hóa chất keo tụ cho tiền xử lý mực in nước thải, vệ môi trường Khoa học viễn tưởng 19 (2002) 1-7 [16] T Nandy, S Shastry, P.P Pathe, S.N Kaul, tiềnxửlýmực in tiền nước thải through coagulation-flocculation process, WaterAirSoil Pollut 148 (2003) 15 – 30 Kí hiệu: SS : Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) Các chất rắn lơ lửng (các chấ thuyền phù) chất rắn không tan nước Hàm lượng chất lơ lửng (SS) lượng khơ phần chất rắn lại giấy lọc sợi thủy tinh lọc lít nước mẫu qua phễu lọc sấy khô 105 oC khối lượng không đổi (mg/L) COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) lượng oxy cần thiết để oxy hoá hợp chất hoá học nước bao gồm vô hữu cơ.Như vậy, COD lượng oxy cần để oxy hoá tồn chất hố học nước, BOD lượng oxy cần thiết để oxy hố phần hợp chất hữu dễ phân huỷ vi sinhvật Quá trình Fenton xử lý nước thải ứng dụng việc oxi hóa chất khó phân hủy sinh học dùng số cơng nghệ xử lý nước thải khó xử lý PAC: Chất keo tụ lắng nước ... Fenton.(H2O2=50mg/l ;FeSO4 =25 mg/l) Hình 3: Ảnh hưởng liều lượng H2O2 lên màu sắc COD trình Fenton.(FeSO4 =25 mg/l;pH 4) Hình 2: Ảnh hưởng liều lượng FeSO4 lên màu sắc COD trình Fenton.(H2O2=50mg/l;ph... đến 25 mg/l, loại bỏ màu tăng từ 74,9% đến 82% nhưg xử lí COD tăng nhẹ từ 91,1% đến 92, 4% tăng liều lượng FeSO từ 25 mg/l đến 125 mg/l COD khoảng 92, 1% đến 92, 4% màu sắc loại bỏ giảm rõ ràng từ 82% ... keo tụ Tài liệu tham khảo [1] B Szabo, ứng dụng cho loại mực in, trong: K Takamura, D đô thị ( Biên soạn), Polymer phân tán ứng dụng công nghiệp họ, Wiley-VCH, Đức, năm 20 02, pp 10 3-1 04 [2] H Gecol,