Nghiên cứu ứng dụng keo tụ điện hóa xử lý nước thải dệt nhuộm Huỳnh Tấn Nhựt ,Trần Hoàng Sơn, Huỳnh Ngọc Minh, Nguyễn Thị Khánh Ly Khoa Môi Trường Tài NgunTrường Đại học Nơng Lâm TP.HCM Tóm tắt: Mục đích thí nghiệm nghiên cứu hiệu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ điện hóa Cơ chế xử lý phương pháp q trình hòa tan điện cực Inox dòng điện chiều Q trình điện phân tạo ion có khả gây keo tụ, đồng thời q trình sinh khí tạo điều kiện bơng keo lên bề mặt loại khỏi hệ thống Kết thực nghiệm cho thấy, điều kiện tối ưu phương pháp đạt khi: cường độ dòng I ; pH 8; độ muối mg l; thời gian lưu ph t ới điều kiện tối ưu này, mơ hình thí nghiệm đạt hiệu loại bỏ COD; SS là: 54 ± 0,4 %; 85 ± % Từ khóa: keo tụ điện hóa (EC), nước thải dệt nhuộm, COD, SS Abstract: This study conducted the experiment to assess the efficiency of dyeing wastewater treatment by electro-coagulation method The methodology of the study is based on the stainless steel electrode dissolution by direct current The electrolysis process form positive ions of Irons which might cause flocculation In additon, produced gas led to form floating flocs which be removed respectively The result shows that the optimum condition is achieved at: 2A current, 500mg/l salt concentration, 35 minutes periods.By the optimal conditions, the removal efficiencies COD and SS by 54 ± 0,4 % and 85 ± %, respectively Key words: electrocoagulation (EC), textile dyeing wastewater, COD, SS GIỚI THIỆU ệt nhuộm ngành c ng nghiệp phát tri n mạnh, có v trí quan tr ng kinh tế quốc dân, đóng góp đáng k cho ngân sách nhà nước nguồn giải c ng ăn việc làm cho nhiều lao động uy nhiên ên cạnh mặt tích cực, ngành c ng nghiệp dệt nhuộm thải lượng nước thải nhi m nặng khó xử lý, gây ảnh hưởng xấu m i trường sức khỏe người Hiện giới nói chung, Việt Nam nói riêng, phương pháp keo tụ điện hoá phương pháp đ nghiên cứu ứng dụng ngày phổ biến Khả xử lý phương pháp việc kết hợp phương pháp với phương pháp khác đ mang lại hiệu cao o đó, việc nghiên cứu phương pháp keo tụ điện hoá cần thiết nhằm mục đích cung cấp số liệu khả xử lý chất nhi m, từ góp phần nâng cao hiệu xử lý keo tụ điện hóa việc xử lý nước thải nhi m VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1 Thời gian địa điểm thực nghiên cứu hời gian nghiên cứu thực từ tháng – 5/2015 - Đ a m thực nghiên cứu: phòng thí nghiệm c ng nghệ ài nguyên, Đại h c N ng âm thành phố Hồ Chí inh 2.2 Nguyên liệu thiết bị i trường, hoa i trường Bảng Đặc trưng nước thải dệt nhuộm công ty SAMIL VINA Khoảng Thông số QCVN (13 - MT:2015/ Chỉ tiêu Đơn vị giá trị tính tốn BTNMT), cột B pH 8.6 – 9.5 5.5 – COD mg/l 1250 - 1400 1400 150 Chất rắn lơ lửng mg/l 178 – 200 200 100 Độ màu Pt-Co 890 - 1000 1000 150 Bảng Phương pháp phân tích mẫu nước STT CHỈ TIÊU pH COD Độ đục PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH áy đo tay SMEWW 5220C:2012 TCVN 6491:1999 TCVN 6184:1996 Bảng Tính chất điện cực sử dụng mơ hình nghiên cứu (cả anode cathode) THƠNG SỐ ật liệu Hình dạng Đường kính ích thước iện tích ề mặt ố lượng ĐẶC ĐIỂM Inox 304 Hình trụ tròn mm Dài 14 cm 36,191 cm2 2.3 Thực nghiệm a Bố trí thí nghiệm Hình Cấu tạo mơ hình phản ứng Ngu ên v n hành Nước thải đầu chứa đầy xơ có th tích 15 lít điều ch nh th ng số theo yêu cầu thí nghiệm Tiếp đó, nước thải ơm vào m hình thí nghiệm ơm đ nh lượng ại m hình thí nghiệm, q trình keo tụ điện hóa di n B t khí tạo điện cực sau lên trên, kéo theo hạt cặn lơ lửng tạo thành lớp váng b t dày t vớt vào máng thu ằng miếng gạc tay sau đưa ngồi au q trình keo tụ điện hóa, nước thải qua vách ngăn đến ngăn lắng hi nước ngăn lắng dâng đến máng cưa nước theo đường ống dẫn nước thu x chứa Q trình xảy trình EC: Anode: Fe0 (rắn) → Fe3+ + 3eCathode: 2H2O + 2e- → H2 (khí) + 2OH- b Quy trình thực nghiệm + + + + Thí nghệm A Xác định cƣờng độ dòng tối ƣu Cố đ nh: pHđầu vào 8, hiệu điện , thời gian lưu (ph t), NaCl (mg/l), lưu lượng nước 66 (ml ph t), tổng diện tích ề mặt cực dương 36,191 (cm2), khoảng cách điện cực , (cm) hay đổi cường độ dòng điện mức: , , Cường độ dòng điện tối ưu Itu= a Thí nghệm B Xác định pH tối ƣu Cố đ nh: cường độ dòng Itu= a , hiệu điện , thời gian lưu (ph t), NaCl 500 (mg/l), lưu lượng nước 66 (ml ph t), tổng diện tích ề mặt cực dương 6, (cm2), khoảng cách điện cực , (cm) hay đổi pH từ đến , mỗi giá tr cách đơn v pH tối ưu pHtu = b Thí nghệm C Xác định độ muối tối ƣu + Cố đ nh: cường độ dòng Itu= a, pH = pHtu = b, hiệu điện , thời gian lưu (ph t), lưu lượng nước 66 (ml ph t), tổng diện tích ề mặt cực dương 6, (cm2), khoảng cách điện cực , (cm) + hay đổi lượng muối NaCl giá tr (mg/l), 250 (mg/l) , 500 (mg/l) , 1000 (mg/l) Độ muối tối ưu [NaCl] = c (mg/l) Thí nghệm D: Thời gian ƣu tối ƣu Cố đ nh: cường độ dòng Itu= a, pH = pHtu = b, NaCl c (mg/l), hiệu điện 24V, lưu lượng nước 66 (ml ph t), tổng diện tích ề mặt cực dương 36,191 (cm2), khoảng cách điện cực , (cm) + hay đổi lượng thời gian lưu từ ph t đến ph t, mỗi giá tr cách đơn v hời gian lưu tối ưu ttư = d (phút) + + + + + Thí nghệm E: Khảo sát bố tr điện cực Cố đ nh: cường độ dòng Itu= a, pH = pHtu = b, NaCl c (mg/l), hiệu điện , thời gian lưu ttư = d (ph t), lưu lượng nước 66 (ml ph t), khoảng cách điện cực , (cm) hay đổi cách ố trí điện cực: dương + âm với I , dương + âm với I , dương + âm với I , dương + âm với I , dương + âm với I ố trí điện cực patư = e Thí nghệm F Khảo sát t nh ởn định Cố đ nh: cường độ dòng Itu= a, pH = pHtu = b, NaCl c (mg/l), hiệu điện , thời gian lưu ttư = d (ph t), lưu lượng nước 66 (ml ph t), ố trí điện cực patư = e, khoảng cách điện cực , (cm) Chạy m hình liên tục ph t, mỗi ph t lấy mẫu lần đ phân tích, cân cực dương ính ổn đ nh mơ hình Phương án KẾT QUẢ THẢO LUẬN ) TH NGHIỆM h a Khảo sát ảnh hƣ ng c a cƣờng độ dòng điện đến tr nh eo t điện Biểu đồ Lư ng COD SS trước sau trình eo tụ cường độ d ng hác Bảng Ảnh hư ng cường độ d ng điện đến hiệu suất q trình keo tụ điện hóa Sau eo t Thơng số Trƣớc eo t 1A 2A 3A 1043,2 ± 6,86 657,09 ± 18,61 620,89 ± 10,45 616,29 ± 10,34 COD (mg/L) Hiệu suất o i COD (37 ± 1,89)a (40,48 ± 1,11)b (40,92 ± 1,09)b (%) 176,67 ± 27,54 73,3 ± 6,11 49,33 ± 6,11 146,67 ± 5,77 SS (mg/L) Hiệu suất o i SS a a (58,04 ± 5,23) (71.85 ± 3,50) (15.93 ± 10,18)b (%) Nh n xét: - Hiệu suất loại bỏ COD mẫu tăng cường độ dòng điện tăng hiệu suất loại bỏ COD cao ứng với mẫu 3A Sự gia tăng hiệu suất tăng cường độ dòng, điện cực dương tan nhanh làm sản sinh nhiều Cation Fe3+, dẫn đến trình kết tủa Fe(OH)3 tăng ặt khác tăng cường độ dòng, sản sinh b t khí H2 tăng, góp phần làm tăng hiệu suất trình - Ki m đ nh ANOVA cho thấy hiệu suất xử lý COD mẫu 2A 3A chênh lệch không đáng k Trong hiệu loại bỏ SS cường độ dòng 2A lại cao nhiều so với cường độ dòng o đ tiết kiệm điện tiêu thụ tác giả ch n cường độ dòng tối ưu ) TH NGHIỆM Khảo sát ảnh hƣ ng c a pH đầu vào đến tr nh eo t điện h a Biểu đồ Lư ng COD SS trước sau trình eo tụ giá tr p hác Bảng Ảnh hư ng p đến hiệu suất trình keo tụ điện hóa Hiệu suất o i Hiệu suất o i Chỉ tiêu COD (mg/L) SS (mg/l) COD (%) SS ) 1151,31 ± 19,79 138,33 ± 15,28 Đầu vào pH = 493,48± 15,05 (57,11± 2,04)a 165,33 ± 6,11 (-20,77 ±17,2)a pH =5 483,88± 13,18 (57,95± 1,87)a 172 ± 6,93 (-25,61 ±17,8)a a pH = 440.38± 7,44 (61,73± 1,29) 65,33 ± 6,11 (52,46 ± 6,03)b Đầu pH = 463,78± 6,86 (59,7± 1,27)a 24 ± (82,43 ± 4,2)c pH = 479,48± 19,44 (58,33± 2,4)a 24 ± (82,64 ± 2,28)c pH = 474,78± 16,65 (58,74± 2,15)a 29,33 ± 6,11 (78,94 ± 2,03)c pH = 10 461,48± 2,93 (59,91± 0,9)a 32 ± (76,81 ± 1,4)c Nh n xét: - - - Hiệu loại bỏ COD cao pH = thấp pH = Nguyên nhân: + Ở pH thấp (pH = 5) sắt tồn chủ yếu dạng cation Fe3+, hiệu suất trình keo tụ thấp, lượng ion sắt khơng kết tủa khó lắng Mặc khác pH thấp điện cực b ăn mòn q trình ăn mòn: điện hóa hóa h c, dẫn đến nồng độ chất lơ lửng tăng cao + hi pH tăng từ đến 10, hình thành kết tủa Fe(OH)3 tăng Fe3+ OH- tạo điện cực tăng ự hình thành kết tủa tăng dẫn đến hiệu suất trình tăng cao ên cạnh đó, nước thải có độ pH trung tính, kích thước b t khí nhỏ ích thước b t khí nhỏ q trình hòa trộn hiệu dẫn đến hiệu trình tăng Ki m đ nh ANOVA cho thấy hiệu suất loại bỏ COD mẫu đầu khác biệt kh ng đáng k , hiệu suất loại bỏ SS mẫu đầu có pH từ đến khác iệt kh ng đáng k Mặc khác pH chứa khoảng pH nước thải (8,6 - ), có th kết luận hệ thống có th vận hành ổn đ nh b ảnh hưởng pH nước thải Và theo tác giả pH nước thải đầu vào tối ưu (3) THÍ NGHIỆM Khảo sát ảnh hƣ ng c a ƣợng muối thêm vào đến hiệu tr nh eo t điện hóa Biểu đồ Lư ng COD SS trước sau trình eo tụ giá tr theo nồng độ muối khác Bảng Ảnh hư ng nồng độ muối đến hiệu suất trình keo tụ điện hóa Sau eo t Trƣớc Thơng số eo t mg/L 250 mg/L 500mg/L 1000 mg/L COD (mg/L) 1274,27 ± 6,43 Hiệu suất o i COD ) SS (mg/L) 233,2 ± 38,19 925,13 ± 20,8 629,57 ± 5,24 607,8 ± 8,78 595,9 ± 5,64 (27,39 ± 1,9)a (50,6 ± 0,7)b (52,3 ± 0,9)bc (53,2 ± 0,7)c 136,6 ± 10,4 41,3 ± 10,06 13,3 ± 2,3 29,3 ± 6,11 Hiệu suất o i (40,9 ± 5,6)a (81,75 ± 5,9)b (94,18 ± 1,4)b (87, ± 0,6)b SS ) Nh n xét: - Giá tr COD giảm so với giá tr CO đầu vào giảm dần nồng độ muối tăng Hiệu suất xử lý COD cao nồng độ muối thêm vào 1.000 (mg/l) thấp không thêm muối Nguyên nhân: hi thêm NaCl: độ dẫn điện nước thải đầu vào tăng hi độ dẫn điện tăng lượng sắt sinh nhiều nên hiệu suất xử lý tăng (theo Rincón, 2011) Mặt khác, thêm Cl- làm chất hỗ trợ điện, Cl- b oxi hóa thành Cl2 m i trường axit ClO- m i trường kiềm (theo Wang, 2012) Cl2 ClO- có khả oxi hóa thuốc nhuộm làm cho chúng b loại bỏ d dàng khỏi dung d ch: Cl- Cl2 + 2eCl2 + H2O HClO + HCl hi tăng nồng độ muối từ – 500 mg/L: hiệu loại bỏ tăng dần Khi nồng độ muối tăng từ 500 đến 1.000 mg/L: hiệu loại bỏ SS giảm Điều cho thấy tăng thêm lượng muối làm tăng độ dẫn điện nước thải dẫn đến lượng sắt tan nhiều lượng sắt tối ưu cho trình lượng muối thêm vào 500 mg/L - Theo phân tích ANOVA: hiệu suất loại bỏ COD khác biệt kh ng đáng k tăng nồng độ muối từ 500 – 1.000 (mg/l); hiệu suất loại bỏ SS khác biệt kh ng đáng k tăng nồng độ muối từ 250 – (mg l) o đó, tác giả nồng độ muối thêm vào tối ưu (mg l) (4) THÍ NGHIỆM Khảo sát ảnh hƣ ng c a thời gian ƣu đến hiệu tr nh eo t điện Biểu đố Lư ng COD SS trước sau trình eo tụ giá tr thời gian lưu hác Bảng Ảnh hư ng thời gian lưu đến hiệu suất q trình keo tụ điện hóa Sau keo t (thời gian ƣu) phút) Trƣớc Chỉ tiêu keo t t= 15 t= 20 t= 25 t= 30 t= 35 1,280±5, COD 823,9±14,6 608,7±7,45 602,9±6,3 601,3±8,8 588±7.2 03 (mg/L) Hiệu suất (35,6 ± 1,3)a (52,5± 0,4)b (52,9± 0,3)b (53 ± 0,5)b (54,1±0,4)b o i COD (%) 133,2±3 49,3 ± 10,07 37,3 ±2,3 37,3 ± 2,3 32 ± 20 ± SS (mg/L) 8,19 Hiệu suất (61,5 ± 10,4)a (70,48 ± 8)b (70,2 ±9,8)b (74,4 ± 8,5)b (84,5 ± 3,9)c o i SS (%) Nh n xét: - Giá tr COD giảm dần thời gian lưu tăng dần Giá tr COD cao thời gian lưu (phút), thấp thời gian lưu (ph t) hời gian lưu tăng có nghĩa thời gian phản ứng tăng dẫn đến CO xử lý triệt đ hiệu suất trình cao - Ki m đ nh ANOVA, hiệu suất loại bỏ COD khơng có khác biệt đáng k thời gian lưu tăng từ 20 – 35 phút Nguyên nhân thời gian lưu thấp (20 phút), lưu lượng dòng vào lớn dẫn đến xáo trộn nước tốt hi xáo trộn tăng, tốc độ khuếch tán ion đến điện cực tăng, dẫn đến tốc độ xử lý tăng làm tăng hiệu suất xử lý trình - Giá tr SS giảm dần thời gian lưu tăng dần Giá tr SS thấp thời gian lưu (ph t), cao thời gian lưu (ph t) Qua ki m đ nh ANOVA cho thấy có khác biệt đáng k mẫu - Vậy theo tác giả thời gian lưu tối ưu (ph t) (5) THÍ NGHIỆM Khảo sát ảnh hƣ ng c a cách ố tr điện cực đến hiệu tr nh eo t điện hóa Biểu đố Lư ng COD SS trước sau trình eo tụ Bảng Ảnh hư ng cách Trƣớc Chỉ tiêu keo t A 1239,63±8.3 758,5±23,3 COD (mg/L) Hiệu suất o i (38,8±2,3)a COD ) SS (mg/L) 238.33±48.5 78,67±2,31 cách ố trí điện cực khác ố trí thí nghiệm đến hiệu suất trình Sau keo t D B C E 720,2±24,5 546,8±52,45 565,4 ±11,29 523,3±13,55 (41,9±2,4)a (55,9±4,5)b (54,4±1,2)b (57,8±1,4)b 42,67±6,11 20±4 25,33±2,31 16±6,93 Hiệu suất o i SS ) - (65,9±8)a (81,6±4,8)b (91,6±0,4)c (89,1±2,2)bc (93,2±2,7)c Nh n xét: hi tăng cường độ dòng từ đến , hiệu loại ỏ tăng lên gần gấp Điều q trình tăng cường độ dòng đ làm cho lượng sắt tan nhiều ới c ng điều kiện cực dương cường độ dòng , thay đổi số lượng điện cực âm từ điện cực lên điện cực hiệu loại ỏ tăng lên gần gấp q trình điện hóa, điện cực âm sản sinh nhiều t khí đ y ng keo lên trên, sau hệ thống gạt t gạt ới c ng điều kiện cực âm cường độ dòng , thay đổi số lượng điện cực dương từ điện cực lên điện cực, hiệu loại ỏ tăng lên trình này, lượng sắt tăng lên nhiều àm cho trình keo tụ di n hiệu ới điều kiện cực dương, cường độ dòng , thay đổi số lượng điện cực âm từ điện cực lên điện cực âm, hiệu qủa loại ỏ tăng lên gấp đ i - Nhìn chung, ố trí điện cực dương điện cực âm hiệu loại ỏ cao (6) THÍ NGHIỆM 6: Khảo sát làm việc c a mơ hình keo t điện hóa liên t c - Đầu Bảng 10 Khảo sát tính ổn đ nh mơ hình theo thời gian Chỉ tiêu COD (mg/L) Hiệu suất o i COD 1154,22 ± 19,06 Đầu vào t ph t 633,3 ± 10,92 (45,12 ± 1,55)a t ph t 614,19 ± 2,73 (46,78 ± 1)a t ph t 625,1 ± 2,73 (45,83 ± 1,02)a t ph t 625,1 ± 2,73 (45,83 ± 1,02)a t ph t 619,65 ± 8,19 (46,3 ± 1,34)a t ph t 638,76 ± 21,8 (44,64 ± 2,4)a t ph t 636,03 ± 8,19 (44,88 ± 1,36)a t ph t 646,95 ± 2,73 (43,94 ± 0,86)a t ph t 627,84 ± 5,46 (45,59 ± 1,18)a t ph t 619,65 ± 8,19 (46,3 ± 1,34)a Biểu đồ Khảo sát làm việc mơ hình keo tụ điện hóa liên tục ) Nh n xét: Sau sau trình hoạt động liên tục vòng 200 phút giá tr COD giảm so với giá tr CO đầu vào, giao động khoảng 614,19 – 646,95 (mg/l) - Qua ki m đ nh ANOVA cho thấy khơng có khác biệt ý nghĩa giá tr COD mẫu đầu thời gian lấy mẫy khác Qua đó, tác giả kết luận mơ hình keo tụ điện hóa liên tục hoạt động ổn đ nh theo thời gian KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Phương pháp keo tụ điện hóa đ xử lý nước thải dệt nhuộm với điện cực làm ằng inox Các th ng số tối ưu trình keo tụ điện hóa cường độ dòng I , pH 8, độ muối mg l, thời gian lưu ph t ới th ng số tối ưu, m hình thí nghiệm có khả xử lý hiệu CO , : hiệu suất loại ỏ CO từ 54 ± , hiệu suất loại ỏ từ % ượng sắt đầu tối thi u , mg l tối đa ,9 mg l (ph hợp với cột QC N : N ) QC N : N kh ng quy đ nh Như vậy, có th nhận đ nh hệ thống có tính khả thi cao có th làm tiền đề cho nghiên cứu nhằm hồn thiện m hình keo tụ điện hóa ứng dụng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU T ONG NƢỚC Đinh Tuấn (2011) Nghiên cứu xử lí nước thải dệt nhuộm ằng phương pháp keo tụ – n điện hóa với anode hòa tan nh m, sắt Lê Hoàng Việt Ngu ễn V Ch u Ng n ) Giáo trình k thuật xử lý nước thải - Ngu ễn Thị Hƣờng ) Hiệu xử lí nước thải dệt nhuộm hai phương pháp đ ng tụ điện hóa oxi hóa ằng hợp chất Fenton Tởng C c Môi trƣờng (2008) Hướng dẫn lập áo cáo đánh giá tác động m i trường dự án dệt nhuộm Trần Hiệp Hải ) Phản ứng điện hóa ứng dụng TÀI LIỆU NƢỚC NGOÀI B Merzouk, B Gourich, A Sekki, K Madani, Ch Vial, M Barkaoui (2009) Studies on the decolorization of textile dye wastewater by continuous electrocoagulation process Chemical Engineering Journal 149, 207-214 Car os Jim ne , Cristina Sáe , Fa io a Mart ne , Pa o Cani ares, Manue A odrigo (2012).Electrochemical dosing of iron and aluminum in continuous processes : A key step to explain electro-coagulation processes Separation and Purification Technology 98, 102-108 Kherfan Sadeddin, Alnaif Naser, Alloush Firas (2011) Removal turbidity and suspended solids by electro-coagulation to improve feed water quality of reverse osmosis plant Desalination 268, 204207 M F Ni’am, F Othman, J Sohai i, Z Fau ia 7) Electrocoagulation technique in enhancing COD and suspended solids removal to improve wastewater quality Water science & Technology Vol 56 No 7, 47-53 Othman F, Sohai i J, Ni’am M.F , Fau ia Z 6) Enhancing suspended solids removal from wastewater using Fe electrodes Malaysian Journal of Civil Engineering Tunsri K, Chavalparit O (2011) Optimizing electrocoagulation – electroflotation process for algae removal Faculty of Engineering Chulalongkorn University Xu Zhao, Baofeng Zhang, Huijuan Liu, Fayuan Chen, Angzhen Li, Jiuhui Qu (2012).Transformation characteristics of refractory pollutants in plugboard wasterwater by an optimal electrocoagulation and electro-Fenton process Chemosphere 87, 631-636 ... electroflotation process for algae removal Faculty of Engineering Chulalongkorn University Xu Zhao, Baofeng Zhang, Huijuan Liu, Fayuan Chen, Angzhen Li, Jiuhui Qu (2012).Transformation characteristics